Уведомления о состоянии сокета Winsock

Знакомство

API-интерфейсы уведомлений о состоянии сокета в таблице ниже предоставляют масштабируемый и эффективный способ получения уведомлений об изменениях состояния сокета (эффективно с точки зрения ЦП и памяти). Это включает в себя уведомления о таких вещах, как неблокирующая чтение, неблокирующая запись, условия ошибки и другие сведения.

API	Описание
функцияProcessSocketNotifications	Связывает набор сокетов с портом завершения и извлекает все уведомления, которые уже ожидаются на этом порту. После связи порт завершения получает указанные уведомления о состоянии сокета.
структура SOCK_NOTIFY_REGISTRATION	Представляет сведения, предоставленные функции ProcessSocketNotifications.
функция SocketNotificationRetrieveEvents	Эта встроенная вспомогательные функции предоставляются в качестве удобства для получения маски событий из OVERLAPPED_ENTRY.

Рабочий процесс начинается с связывания сокетов с портом завершения ввода-вывода (ProcessSocketNotifications и SOCK_NOTIFY_REGISTRATION). После этого порт предоставляет сведения о изменении состояния сокета с помощью обычных методов запроса порта ввода-вывода.

Эти API позволяют легко создать не зависящие от платформы абстракции. Таким образом, поддерживаются постоянные и однократные флаги, а также флаги уровня и ребра. Например, регистрация на уровне одного снимка является рекомендуемой шаблоном для многопоточных серверов.

Рекомендации

Эти API предоставляют масштабируемую альтернативу WSAPoll и выбрать API.

Это альтернатива перекрывающихся сокетов ввода-вывода, используемых с портами завершения ввода-вывода , и они не требуют постоянных буферов ввода-вывода для каждого сокета. Но в сценарии, когда буферы ввода-вывода для каждого сокета не являются важным фактором (количество сокетов относительно низкое или они постоянно используются), перекрывающиеся сокеты ввода-вывода могут иметь меньшие издержки из-за меньшего количества переходов ядра, а также более простой модели.

Сокет может быть связан только с одним портом завершения ввода-вывода. Сокет может быть зарегистрирован в порте завершения ввода-вывода только один раз. Чтобы изменить ключи завершения, отмените регистрацию уведомления, дождитесь сообщения SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE (см. раздел ProcessSocketNotifications и SocketNotificationRetrieveEvents разделы), а затем повторно зарегистрируйте сокет.

Чтобы избежать освобождения памяти, которая по-прежнему используется, следует освободить связанные с регистрацией структуры данных только после получения уведомления SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE регистрации. Когда дескриптор сокета, используемый для регистрации уведомлений, закрывается с помощью функции closesocket, его уведомления автоматически удаляются. Однако уже в очереди уведомления могут быть доставлены. Автоматическая отмена регистрации с помощью closesocket не создаст уведомление SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE.

Если требуется многопоточная обработка, следует использовать один порт завершения ввода-вывода с несколькими потоками обработки уведомлений. Это позволяет порту завершения ввода-вывода масштабировать работу в нескольких потоках по мере необходимости. Избегайте нескольких портов завершения ввода-вывода (например, один на поток), так как эта конструкция уязвима для узких шеи на одном потоке, а другие неактивны.

Если несколько потоков отменяют отправку пакетов уведомлений с уведомлениями на уровне, необходимо предоставить SOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOT, чтобы избежать нескольких потоков, получающих уведомления об изменении состояния. После обработки уведомления сокета необходимо повторно зарегистрировать уведомление.

Если несколько потоков отменяют пакеты уведомлений в потокоориентированном подключении, где отдельные сообщения должны обрабатываться в одном потоке, то рассмотрите возможность использования одноразовых уведомлений с активацией уровня. Это снижает вероятность того, что несколько потоков получат фрагменты сообщений, которые необходимо повторно собрать между потоками.

Если вы используете уведомления с пограничным триггером, мы не рекомендуем однократные уведомления, так как сокет должен быть осушен после включения регистраций. Это более сложный шаблон для реализации, и является более дорогим, так как он всегда требует вызова, который возвращает WSAEWOULDBLOCK.

Если требуется горизонтальное масштабирование принятия подключения на одном сокете прослушивания, серверы должны использовать функцию AcceptEx вместо подписки на уведомления для запросов на подключение. Принятие подключений в ответ на уведомления неявно регулирует скорость принятия подключения относительно обработки запросов на обработку существующих подключений.

Ниже приведены примеры кода, иллюстрирующие некоторые сценарии уведомления о состоянии сокета. Некоторые из кода содержат для элементов для собственных приложений.

Общий код

Во-первых, вот список кода, содержащий некоторые распространенные определения и функции, которые используются следующими сценариями.

#include "pch.h"
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "Ws2_32")

#define SERVER_ADDRESS          0x0100007f  // localhost
#define SERVER_PORT             0xffff      // TODO: select an actual valid port
#define MAX_TIMEOUT             1000
#define CLIENT_LOOP_COUNT       10

typedef struct SERVER_CONTEXT {
    HANDLE ioCompletionPort;
    SOCKET listenerSocket;
} SERVER_CONTEXT;

typedef struct CLIENT_CONTEXT {
    UINT32 transmitCount;
} CLIENT_CONTEXT;

SRWLOCK g_printLock = SRWLOCK_INIT;

VOID DestroyServerContext(_Inout_ _Post_invalid_ SERVER_CONTEXT* serverContext) {
    if (serverContext->listenerSocket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(serverContext->listenerSocket);
    }

    if (serverContext->ioCompletionPort != NULL) {
        CloseHandle(serverContext->ioCompletionPort);
    }

    free(serverContext);
}

DWORD CreateServerContext(_Outptr_ SERVER_CONTEXT** serverContext) {
    DWORD errorCode;
    SERVER_CONTEXT* localContext = NULL;
    sockaddr_in serverAddress = { };

    localContext = (SERVER_CONTEXT*)malloc(sizeof(*localContext));
    if (localContext == NULL) {
        errorCode = ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY;
        goto Exit;
    }

    ZeroMemory(localContext, sizeof(*localContext));
    localContext->listenerSocket = INVALID_SOCKET;


    localContext->ioCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
    if (localContext->ioCompletionPort == NULL) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    localContext->listenerSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (localContext->listenerSocket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_addr.s_addr = SERVER_ADDRESS;
    serverAddress.sin_port = SERVER_PORT;
    if (bind(localContext->listenerSocket, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    if (listen(localContext->listenerSocket, 0) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    *serverContext = localContext;
    localContext = NULL;
    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (localContext != NULL) {
        DestroyServerContext(localContext);
    }

    return errorCode;
}

// Create a socket, connect to the server, send transmitCount copies of the
// payload, then disconnect.
DWORD
WINAPI
ClientThreadRoutine(_In_ PVOID clientContextPointer) {
    const UINT32 payload = 0xdeadbeef;
    CLIENT_CONTEXT* clientContext = (CLIENT_CONTEXT*)clientContextPointer;

    sockaddr_in serverAddress = {};
    SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {
        goto Exit;
    }

    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_addr.s_addr = SERVER_ADDRESS;
    serverAddress.sin_port = SERVER_PORT;
    if (connect(clientSocket, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) != 0) {
        goto Exit;
    }

    for (UINT32 Index = 0; Index < clientContext->transmitCount; Index += 1) {
        if (send(clientSocket, (const char*)&payload, sizeof(payload), 0) < 0) {
            goto Exit;
        }
    }

    if (shutdown(clientSocket, SD_BOTH) != 0) {
        goto Exit;
    }

Exit:
    if (clientSocket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(INVALID_SOCKET);
    }

    free(clientContext);

    return 0;
}

DWORD CreateClientThread(_In_ UINT32 transmitCount) {
    DWORD errorCode = ERROR_SUCCESS;
    CLIENT_CONTEXT* clientContext = NULL;
    HANDLE clientThread = NULL;

    clientContext = (CLIENT_CONTEXT*)malloc(sizeof(*clientContext));
    if (clientContext == NULL) {
        errorCode = ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY;
        goto Exit;
    }

    ZeroMemory(clientContext, sizeof(*clientContext));
    clientContext->transmitCount = transmitCount;

    clientThread = CreateThread(NULL, 0, ClientThreadRoutine, clientContext, 0, NULL);
    if (clientThread == NULL) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    clientContext = NULL;

Exit:
    if (clientContext != NULL) {
        free(clientContext);
    }

    if (clientThread != NULL) {
        CloseHandle(clientThread);
    }

    return errorCode;
}

VOID PrintError(DWORD errorCode) {
    AcquireSRWLockExclusive(&g_printLock);

    wprintf_s(L"Server thread %d encountered an error %d.", GetCurrentThreadId(), errorCode);
    WCHAR errorString[512];
    if (FormatMessageW(FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM,
        NULL,
        errorCode,
        0,
        errorString,
        RTL_NUMBER_OF(errorString),
        NULL) != 0)
    {
        wprintf_s(L"%s", errorString);
    }

    ReleaseSRWLockExclusive(&g_printLock);
}

// This routine must be used only if a single socket is registered. 
DWORD DeregisterAndWait(_In_ HANDLE ioCompletionPort, _In_ SOCKET socket) {
    DWORD errorCode;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    OVERLAPPED_ENTRY notification;
    UINT32 notificationCount;

    // Keep looping until the registration is removed, or a timeout is hit.
    while (TRUE) {

        registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
        registration.socket = socket;
        errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort,
            1,
            &registration,
            MAX_TIMEOUT,
            1,
            &notification,
            &notificationCount);

        if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
            goto Exit;
        }

        if (registration.registrationResult != ERROR_SUCCESS) {
            errorCode = registration.registrationResult;
            goto Exit;
        }

        // Drops all non-removal notifications. Must be used only
        // if a single socket is registered.
        if (SocketNotificationRetrieveEvents(&notification) & SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE) {
            break;
        }
    }

Exit:
    return errorCode;
}

Простая замена опроса

В этом сценарии демонстрируется замена приложений с помощью опроса (WSAPoll) или аналогичных API. Он является однопоточным и использует постоянные (не однопотоковые) регистрации. Так как регистрация не требуется повторно зарегистрировать, она использует GetQueuedCompletionStatusEx для отмены уведомлений.

VOID SimplePollReplacement() {
    DWORD errorCode;
    WSADATA wsaData;
    SERVER_CONTEXT* serverContext = NULL;
    SOCKET tcpAcceptSocket = INVALID_SOCKET;
    u_long nonBlocking = 1;
    SOCKET currentSocket;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    OVERLAPPED_ENTRY notification;
    ULONG notificationCount;
    UINT32 events;
    CHAR dataBuffer[512];

    if (WSAStartup(WINSOCK_VERSION, &wsaData) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        PrintError(errorCode);
        return;
    }

    errorCode = CreateServerContext(&serverContext);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    errorCode = CreateClientThread(CLIENT_LOOP_COUNT);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    tcpAcceptSocket = accept(serverContext->listenerSocket, NULL, NULL);
    if (tcpAcceptSocket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    if (ioctlsocket(tcpAcceptSocket, FIONBIO, &nonBlocking) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    // Register the accepted connection.
    registration.completionKey = (PVOID)tcpAcceptSocket;
    registration.eventFilter = SOCK_NOTIFY_REGISTER_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_REGISTER_EVENT_HANGUP;
    registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
    registration.triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
    registration.socket = tcpAcceptSocket;
    errorCode = ProcessSocketNotifications(serverContext->ioCompletionPort,
        1,
        &registration,
        0,
        0,
        NULL,
        NULL);

    // Make sure all registrations were processed.
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Make sure each registration was successful.
    if (registration.registrationResult != ERROR_SUCCESS) {
        errorCode = registration.registrationResult;
        goto Exit;
    }

    // Keep receiving data until the client disconnects.
    while (TRUE) {

        wprintf_s(L"Waiting for client action...\r\n");

        if (!GetQueuedCompletionStatusEx(serverContext->ioCompletionPort,
            &notification,
            1,
            &notificationCount,
            MAX_TIMEOUT,
            FALSE))
        {
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }

        // The completion key is the socket we supplied above.
        //
        // This is true only because the registration supplied the socket as the completion
        // key. A more typical pattern is to supply a context pointer. This example supplies
        // the socket directly, for simplicity.
        //
        // The events are stored in the number-of-bytes-received field.
        events = SocketNotificationRetrieveEvents(&notification);

        currentSocket = (SOCKET)notification.lpCompletionKey;
        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_IN) {

            // We don't check for a 0-size receive because we subscribed to hang-up notifications.
            if (recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0) < 0) {
                errorCode = GetLastError();
                goto Exit;
            }

            wprintf_s(L"Received client data.\r\n");
        }

        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP) {
            wprintf_s(L"Client hung up. Exiting. \r\n");
            break;
        }

        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR) {
            wprintf_s(L"The socket was ungracefully reset or another error occurred. Exiting.\r\n");
            // Obtain a more detailed error code by issuing a non-blocking receive.
            recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0);
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }
    }

    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);
    }

    if (serverContext != NULL) {
        if (tcpAcceptSocket != INVALID_SOCKET) {
            DeregisterAndWait(serverContext->ioCompletionPort, tcpAcceptSocket);
        }

        DestroyServerContext(serverContext);
    }

    if (tcpAcceptSocket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(tcpAcceptSocket);
    }

    WSACleanup();
}

Сервер UDP, активироваемый пограничным сервером

Это простая иллюстрация использования API с пограничным триггером.

Важный

Сервер должен продолжать получать, пока он не получит WSAEWOULDBLOCK. В противном случае не удается убедиться, что восходящий край будет наблюдаться. Таким образом, сокет сервера также должен быть неблокирующим.

В этом примере используется UDP для демонстрации отсутствия уведомления HANGUP. При необходимости требуется некоторые свободы при условии, что общие вспомогательные помощники создают сокеты UDP.

// This example assumes that substantially similar helpers are available for UDP sockets.
VOID SimpleEdgeTriggeredSample() {
    DWORD errorCode;
    WSADATA wsaData;
    SOCKET serverSocket = INVALID_SOCKET;
    SOCKET currentSocket;
    HANDLE ioCompletionPort = NULL;
    sockaddr_in serverAddress = { };
    u_long nonBlocking = 1;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    OVERLAPPED_ENTRY notification;
    ULONG notificationCount;
    UINT32 events;
    CHAR dataBuffer[512];
    UINT32 datagramCount;
    int receiveResult;

    if (WSAStartup(WINSOCK_VERSION, &wsaData) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        PrintError(errorCode);
        return;
    }

    ioCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
    if (ioCompletionPort == NULL) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (serverSocket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    // Register the server UDP socket before binding to a port to ensure data doesn't become
    // present before the registration. Otherwise, the server could miss the notification and
    // hang.
    //
    // Edge-triggered is not recommended with one-shot due to the difficulty in re-registering.
    registration.completionKey = (PVOID)serverSocket;
    registration.eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN;
    registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
    registration.triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_EDGE;
    registration.socket = serverSocket;
    errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort, 1, &registration, 0, 0, NULL, NULL);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    if (registration.registrationResult != ERROR_SUCCESS) {
        errorCode = registration.registrationResult;
        goto Exit;
    }

    // Use non-blocking sockets with edge-triggered notifications, since the data must be
    // drained before a rising edge can be observed again.
    errorCode = ioctlsocket(serverSocket, FIONBIO, &nonBlocking);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_addr.s_addr = SERVER_ADDRESS;
    serverAddress.sin_port = SERVER_PORT;
    if (bind(serverSocket, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    // Create the client.
    // While CreateClientThread connects to a TCP socket and sends data over it, for this example
    // assume that CreateClientThread creates a UDP socket instead, and sends data over it.
    errorCode = CreateClientThread(CLIENT_LOOP_COUNT);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Receive the packets.
    datagramCount = 0;
    while (datagramCount < CLIENT_LOOP_COUNT) {

        wprintf_s(L"Waiting for client action...\r\n");

        if (!GetQueuedCompletionStatusEx(ioCompletionPort,
            &notification,
            1,
            &notificationCount,
            MAX_TIMEOUT,
            FALSE))
        {
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }

        // The completion key is the socket we supplied above.
        //
        // This is true only because the registration supplied the socket as the completion
        // key. A more typical pattern is to supply a context pointer. This example supplies
        // the socket directly, for simplicity.
        //
        // The events are the integer value of the overlapped pointer.
        events = SocketNotificationRetrieveEvents(&notification);

        currentSocket = (SOCKET)notification.lpCompletionKey;
        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR) {
            // Obtain a more detailed error code by issuing a non-blocking receive.
            recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0);
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }

        if ((events & SOCK_NOTIFY_EVENT_IN) == 0) {
            continue;
        }

        // Keep looping receiving data until the read would block, otherwise the edge may not
        // have been reset.
        while (TRUE) {
            receiveResult = recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0);
            if (receiveResult < 0) {
                errorCode = GetLastError();
                if (errorCode != WSAEWOULDBLOCK) {
                    goto Exit;
                }

                break;
            }

            datagramCount += 1;
            wprintf_s(L"Received client data.\r\n");
        }
    }

    wprintf_s(L"Received all data. Exiting... \r\n");
    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);
    }

    if (serverSocket != INVALID_SOCKET) {
        if (ioCompletionPort != NULL) {
            DeregisterAndWait(ioCompletionPort, serverSocket);
        }

        closesocket(serverSocket);
    }

    if (ioCompletionPort != NULL) {
        CloseHandle(ioCompletionPort);
    }

    WSACleanup();
}

Многопотоковый сервер

В этом примере демонстрируется более реалистичный многопотоковый шаблон использования, использующий возможности горизонтального масштабирования порта ввода-вывода для распределения работы между несколькими потоками сервера. Сервер использует одноразовую активацию на уровне, чтобы избежать получения уведомлений для одного сокета нескольких потоков и разрешить каждому потоку слив полученных данных по одному блоку за раз.

Он также демонстрирует некоторые распространенные шаблоны, используемые с портом завершения. Ключ завершения используется для предоставления указателя контекста для сокета. Указатель контекста содержит заголовок, описывающий тип используемого сокета, чтобы использовать несколько типов сокетов в одном порту завершения. Примечания в примере подчеркивают, что произвольные завершения можно отменить (так же, как и с функцией GetQueuedCompletionStatusEx), а не только уведомления сокета. API PostQueuedCompletionStatus используется для публикации сообщений в потоки и пробуждения их без необходимости ожидать прибытия уведомления сокета.

Наконец, в примере демонстрируются некоторые из недостатков правильной регистрации и очистки контекстов сокетов в потоковой рабочей нагрузке. В этом примере контекст сокета неявно принадлежит потоку, который получает уведомление. Поток сохраняет владение, если не удается зарегистрировать уведомление.

#define CLIENT_THREAD_COUNT         100
// The I/O completion port infrastructure ensures that the system isn't over-subscribed by
// ensuring server-side threads block if they exceed the number of logical processors. If the
// machine has more than 16 logical processors, then this can be observed by increasing this number.
#define SERVER_THREAD_COUNT         16
#define SERVER_DEQUEUE_COUNT        3
#define SERVER_EXIT_KEY             ((ULONG_PTR)-1)

typedef struct SERVER_THREAD_CONTEXT {
    SERVER_CONTEXT* commonContext;
    SRWLOCK stateLock;
    _Guarded_by_(stateLock) UINT32 deregisterCount;
    _Guarded_by_(stateLock) BOOLEAN shouldExit;
} SERVER_THREAD_CONTEXT;

typedef enum SOCKET_TYPE {
    SOCKET_TYPE_LISTENER,
    SOCKET_TYPE_ACCEPT
} SOCKET_TYPE;

typedef struct SOCKET_CONTEXT {
    SOCKET_TYPE socketType;
    SOCKET socket;
} SOCKET_CONTEXT;

VOID CancelServerThreadsAsync(_Inout_ SERVER_THREAD_CONTEXT* serverThreadContext) {
    AcquireSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
    serverThreadContext->shouldExit = TRUE;
    ReleaseSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
}

VOID IndicateServerThreadExit(_In_ HANDLE ioCompletionPort) {
    // Notify a server thread that it needs to exit. It can then notify the other threads when it
    // exits.
    //
    // If this fails, then server threads may hang, and this program will never terminate. That
    // is an unrecoverable error.
    if (!PostQueuedCompletionStatus(ioCompletionPort, 0, SERVER_EXIT_KEY, NULL)) {
        RaiseFailFastException(NULL, NULL, 0);
    }
}

VOID DestroySocketContext(_Inout_ _Post_invalid_ SOCKET_CONTEXT* socketContext) {
    if (socketContext->socket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(socketContext->socket);
    }

    free(socketContext);
}

DWORD AcceptConnection(_In_ SOCKET listenSocket, _Outptr_ SOCKET_CONTEXT** socketContextOut) {
    DWORD errorCode;
    SOCKET_CONTEXT* socketContext = NULL;

    socketContext = (SOCKET_CONTEXT*)malloc(sizeof(*socketContext));
    if (socketContext == NULL) {
        errorCode = ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY;
        goto Exit;
    }

    ZeroMemory(socketContext, sizeof(*socketContext));
    socketContext->socketType = SOCKET_TYPE_ACCEPT;
    socketContext->socket = accept(listenSocket, NULL, NULL);
    if (socketContext->socket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    *socketContextOut = socketContext;
    socketContext = NULL;

Exit:
    if (socketContext != NULL) {
        _ASSERT(errorCode != ERROR_SUCCESS);
        DestroySocketContext(socketContext);
    }

    return errorCode;
}

DWORD
WINAPI
ServerThreadRoutine(_In_ PVOID serverThreadContextPointer) {
    DWORD errorCode;
    SERVER_THREAD_CONTEXT* serverThreadContext;
    HANDLE ioCompletionPort;
    // Accepting a connection requires two registrations: one to re-enable the listening socket
    // notification, and one to register the newly-accepted connection.
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registrationBuffer[SERVER_DEQUEUE_COUNT * 2];
    UINT32 registrationCount;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION* registration;
    OVERLAPPED_ENTRY notifications[SERVER_DEQUEUE_COUNT];
    UINT32 notificationCount;
    UINT32 events;
    SOCKET_CONTEXT* socketContext;
    SOCKET_CONTEXT* acceptedContext;
    BOOLEAN shouldExit;
    CHAR dataBuffer[512];

    serverThreadContext = (SERVER_THREAD_CONTEXT*)serverThreadContextPointer;
    ioCompletionPort = serverThreadContext->commonContext->ioCompletionPort;

    // Boot-strap the loop process.
    registrationCount = 0;

    // Keep looping, processing notifications until exit has been requested.
    while (TRUE) {

        AcquireSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
        shouldExit = serverThreadContext->shouldExit;
        ReleaseSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
        if (shouldExit) {
            goto Exit;
        }

        AcquireSRWLockExclusive(&g_printLock);
        wprintf_s(L"Server thread %d waiting for client action...\r\n", GetCurrentThreadId());
        ReleaseSRWLockExclusive(&g_printLock);

        // Process notifications and re-register one-shot notifications that were processed on a
        // previous iteration.
        errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort,
            registrationCount,
            (registrationCount == 0) ? NULL : registrationBuffer,
            MAX_TIMEOUT,
            RTL_NUMBER_OF(notifications),
            notifications,
            &notificationCount);

        // TODO: Production code should handle failure better. This can fail due to transient memory conditions, or due to
        // invalid input such as a bad handle. Retrying in case the memory conditions abate is
        // a reasonable strategy.
        if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
            goto Exit;
        }

        // Check whether any registrations failed, and attempt to clean up if they did.
        errorCode = ERROR_SUCCESS;
        for (UINT32 i = 0; i < registrationCount; i += 1) {
            registration = &registrationBuffer[i];
            if (registration->registrationResult == ERROR_SUCCESS) {
                continue;
            }

            // Preserve the first failure code.
            if (errorCode == ERROR_SUCCESS) {
                errorCode = registration->registrationResult;
            }

            // All the registrations are oneshot, so if the registration failed, then only this thread
            // has access to the context. Attempt to clean up fully:
            // - The listening socket is owned by the main thread, so ignore that.
            // - If the socket hasn't been registered, just free its memory.
            // - Otherwise, attempt to deregister it.

            socketContext = (SOCKET_CONTEXT*)registration->completionKey;
            if (socketContext->socketType == SOCKET_TYPE_LISTENER) {
                continue;
            }

            // Best-effort de-registration. In case of failure, simply get rid of the socket and
            // context. This is safe to do because the notification for the socket can't be enabled.
            // Either it was never registered in the first place, or re-registration failed, and it
            // was previously disabled by nature of being a one-shot registration.
            registration->operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
            errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort,
                1,
                registration,
                0,
                0,
                NULL,
                NULL);

            if ((errorCode != ERROR_SUCCESS) ||
                (registration->registrationResult != ERROR_SUCCESS)) {
                DestroySocketContext(socketContext);
            }
        }

        // Process the notifications. Many will need to be re-enabled because they are one-shot,
        // so ensure that we can build that incrementally.
        registrationCount = 0;
        ZeroMemory(registrationBuffer, sizeof(registrationBuffer));

        for (UINT32 i = 0; i < notificationCount; i += 1) {
            if (notifications[i].lpCompletionKey == SERVER_EXIT_KEY) {
                _ASSERT(serverThreadContext->shouldExit);

                // On exit, this thread will post the next exit message.
                errorCode = ERROR_SUCCESS;
                goto Exit;
            }

            socketContext = (SOCKET_CONTEXT*)notifications[i].lpCompletionKey;
            events = SocketNotificationRetrieveEvents(&notifications[i]);

            // Process the socket notification, taking socket-specific actions.
            switch (socketContext->socketType) {
            case SOCKET_TYPE_LISTENER:

                // Accepting connections in response to notifications implicitly throttles
                // the rate at which incoming connections are accepted, and limits scale-out for
                // new connection acceptance. Consider using AcceptEx if greater scaling of
                //connection acceptance is desired.

                // Perform an accept regardless of the notification. The only possible notifications
                // are for available connections or error conditions. Any possible error conditions
                // will be processed as part of the accept.
                errorCode = AcceptConnection(socketContext->socket, &acceptedContext);
                if (errorCode == ERROR_SUCCESS) {
                    // Register the accepted connection.
                    registration = &registrationBuffer[registrationCount];
                    registration->socket = acceptedContext->socket;
                    registration->completionKey = acceptedContext;
                    registration->eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP;
                    registration->operation =
                        SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
                    registration->triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOT | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
                    registrationCount += 1;
                }

                // Re-arm the existing listening socket registration.
                registration = &registrationBuffer[registrationCount];
                registration->socket = socketContext->socket;
                registration->completionKey = socketContext;
                registration->eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN;
                registration->operation =
                    SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
                registration->triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOT | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
                registrationCount += 1;
                break;

            case SOCKET_TYPE_ACCEPT:
                // The registration was removed. Clean up the context.
                if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE) {
                    AcquireSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
                    serverThreadContext->deregisterCount += 1;
                    if (serverThreadContext->deregisterCount >= CLIENT_THREAD_COUNT) {
                        serverThreadContext->shouldExit = TRUE;
                    }
                    ReleaseSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);

                    DestroySocketContext(socketContext);
                    continue;
                }

                registration = &registrationBuffer[registrationCount];

                // If a hangup occurred, then remove the registration. 
                if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP) {
                    registration->eventFilter = 0;
                    registration->operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
                }

                // Receive data.
                if (events & (SOCK_NOTIFY_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR)) {
                    // TODO: Handle errors (for example, due to connection reset). The error from recv can
                    // be used to retrieve the underlying socket for a SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR.
                    if (recv(socketContext->socket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0) < 0) {
                        registration->operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
                        registration->eventFilter = 0;
                    }
                    else {
                        registration->operation |=
                            SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
                        registration->triggerFlags =
                            SOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOT | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
                        registration->eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP;
                    }
                }

                registration->socket = socketContext->socket;
                registration->completionKey = socketContext;
                registrationCount += 1;
                break;

                // TODO:
                //
                // Other (potentially non-socket) I/O completion can be processed here. For instance,
                // this could also be processing disk I/O. The contexts will need to have a common
                // header that can be used to differentiate between the different context types,
                // similar to how the listening and accepted sockets are differentiated.
                //
                // case ... :

            default:
                _ASSERT(!"Unexpected socket type!");
                errorCode = ERROR_UNIDENTIFIED_ERROR;
                goto Exit;
            }
        }
    }

    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    // If an error occurred, then ensure the other threads know they should exit.
    // TODO: use an error handling strategy that isn't just exiting.
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);
        CancelServerThreadsAsync(serverThreadContext);
    }

    // Wake a remaining server thread.
    IndicateServerThreadExit(ioCompletionPort);

    AcquireSRWLockExclusive(&g_printLock);
    wprintf_s(L"Server thread %d exited\r\n", GetCurrentThreadId());
    ReleaseSRWLockExclusive(&g_printLock);

    return errorCode;
}

VOID MultiThreadedTcpServer() {
    DWORD errorCode;
    WSADATA wsaData;
    SERVER_THREAD_CONTEXT serverContext = { NULL, SRWLOCK_INIT, 0, FALSE };
    SOCKET_CONTEXT listenContext = {};
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    HANDLE serverThreads[SERVER_THREAD_COUNT] = {};
    UINT32 serverThreadCount = 0;

    if (WSAStartup(WINSOCK_VERSION, &wsaData) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        PrintError(errorCode);
        return;
    }

    listenContext.socket = INVALID_SOCKET;
    listenContext.socketType = SOCKET_TYPE_LISTENER;
    errorCode = CreateServerContext(&serverContext.commonContext);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Register the listening socket with the I/O completion port so the server threads are notified
    // of incoming connections.
    listenContext.socket = serverContext.commonContext->listenerSocket;
    registration.completionKey = &listenContext;
    registration.eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN;
    registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
    registration.triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_PERSISTENT;
    registration.socket = listenContext.socket;
    errorCode = ProcessSocketNotifications(serverContext.commonContext->ioCompletionPort,
        1,
        &registration,
        0,
        0,
        NULL,
        NULL);

    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Create the server threads. These are likely over-subscribed, but the I/O completion port
    // ensures that they scale appropriately.
    while (serverThreadCount < RTL_NUMBER_OF(serverThreads)) {
        serverThreads[serverThreadCount] =
            CreateThread(NULL, 0, ServerThreadRoutine, &serverContext, 0, NULL);

        if (serverThreads[serverThreadCount] == NULL) {
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }
    }

    // Create the client threads, which are badly over-subscribed.
    for (UINT32 i = 0; i < CLIENT_THREAD_COUNT; i += 1) {
        errorCode = CreateClientThread(CLIENT_LOOP_COUNT);
        if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
            goto Exit;
        }
    }

    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);

        // In case of error, ensure that all server threads know to exit.
        if (serverContext.commonContext != NULL) {
            CancelServerThreadsAsync(&serverContext);
            IndicateServerThreadExit(serverContext.commonContext->ioCompletionPort);
        }
    }

    if (serverThreadCount > 0) {
        wprintf_s(L"Waiting for %d server threads to exit...\r\n", serverThreadCount);
        errorCode = WaitForMultipleObjects(serverThreadCount, serverThreads, TRUE, INFINITE);
        _ASSERT(errorCode == ERROR_SUCCESS);
    }

    // TODO: In case of failure, clean up remaining state. For example, Accepted connections can be kept in
    // a global list, which can be closed from this thread.

    for (UINT32 i = 0; i < serverThreadCount; i += 1) {
        CloseHandle(serverThreads[i]);
    }

    DestroyServerContext(serverContext.commonContext);

    WSACleanup();
}

См. также

• ProcessSocketNotifications
• SOCK_NOTIFY_REGISTRATION
• SocketNotificationRetrieveEvents