隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程桌面共享技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地運(yùn)用于遠(yuǎn)程辦公、教育培訓(xùn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方方面面。微軟在Windows NT 3．5中引入了IOCP(I／O Completion Port，I／O完成端口)，該模型被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之上，遠(yuǎn)程屏幕監(jiān)控服務(wù)器利用IOCP可以同時(shí)有效地對(duì)多個(gè)客戶端屏幕進(jìn)行監(jiān)控。
1 遠(yuǎn)程屏幕監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
在Windows系統(tǒng)中，對(duì)于大型的服務(wù)器應(yīng)用一般設(shè)計(jì)為C／S模式，通過(guò)在客戶端和服務(wù)器之間建立網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。對(duì)于服務(wù)器來(lái)說(shuō)，在同一時(shí)間可能需要監(jiān)控多個(gè)客戶端屏幕，在遠(yuǎn)程屏幕監(jiān)控系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)如圖1所示。
由被監(jiān)控的客戶端捕捉屏幕圖像，經(jīng)過(guò)壓縮之后實(shí)時(shí)地傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器打開(kāi)一個(gè)窗口，并將收到的客戶端屏幕圖像數(shù)據(jù)顯示在該窗口中，如需對(duì)客戶端進(jìn)行控制，則服務(wù)器端將該窗口中捕捉到的鼠標(biāo)鍵盤消息發(fā)送到客戶端，客戶端收到此消息后模擬出鼠標(biāo)鍵盤點(diǎn)擊事件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。采用IOCP機(jī)制，只需要為數(shù)不多的幾個(gè)線程就同時(shí)為多個(gè)客戶端提供服務(wù)，并且效率遠(yuǎn)高于其它網(wǎng)絡(luò)模型。
2 IOCP機(jī)制的基本原理
IOCP是性能最好的一種I／O模型。它是應(yīng)用程序使用線程池處理異步I／O請(qǐng)求的一種機(jī)制。在處理多個(gè)并發(fā)的異步I／O請(qǐng)求時(shí)，以往的模型都是在接收請(qǐng)求時(shí)創(chuàng)建一個(gè)線程來(lái)應(yīng)答請(qǐng)求。這樣就有很多的線程并行地運(yùn)行在系統(tǒng)中。而這些線程都是可運(yùn)行的，Windows內(nèi)核花費(fèi)大量的時(shí)間在進(jìn)行線程的上下文切換，并沒(méi)有多少時(shí)間花在線程運(yùn)行上。再加上創(chuàng)建新線程的開(kāi)銷比較大，所以造成了效率的低下。
IOCP的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高效的服務(wù)器程序，它克服了一般并發(fā)模型的不足，其方法是在初始化完成端口的時(shí)候創(chuàng)建一定數(shù)量的服務(wù)線程。當(dāng)系統(tǒng)完成I／O操作之后，向服務(wù)器完成端口發(fā)送I／O completion packet，此時(shí)線程池中的線程在完成端口上排隊(duì)等待I／O操作的完成。如果在完成端口上沒(méi)有收到I／O completion packet，這些線程處于睡眠狀態(tài)。否則，這些線程按照后進(jìn)先出(LIFO)的方式被喚醒，并完成后續(xù)數(shù)據(jù)處理操作。
3 服務(wù)器設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程屏幕監(jiān)控服務(wù)器的核心功能是將接收到的客戶端的屏幕圖像顯示到一個(gè)服務(wù)器端窗口中，服務(wù)器通過(guò)此窗口對(duì)客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。為了提高系統(tǒng)可靠性，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用面向連接的TCP協(xié)議，利用TCP協(xié)議中的擁塞避免以及超時(shí)和差錯(cuò)重傳機(jī)制可以確保數(shù)據(jù)在傳輸?shù)目煽啃浴?br />
3．1 服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)套接字的實(shí)現(xiàn)
在服務(wù)器端建立IOCP模型時(shí)，首先需要建立一個(gè)監(jiān)聽(tīng)套接字，對(duì)于監(jiān)聽(tīng)套接字，并不將它與完成端口相關(guān)聯(lián)，而是調(diào)用WSAEventSelect為監(jiān)聽(tīng)套接字注冊(cè)FD_ACCEPT網(wǎng)絡(luò)事件。該函數(shù)的聲明如下：
之后創(chuàng)建一個(gè)監(jiān)聽(tīng)線程，在此線程中可以循環(huán)調(diào)用WSAWaitForMultipleEvents等待事件對(duì)象被觸發(fā)。在該函數(shù)正確返回之后，繼續(xù)調(diào)用WSAEnumNetworkEvents函數(shù)列舉出發(fā)生在套接字上的事件，如果是FD_ACCEPT事件，則接受該連接，并將新建的套接字與創(chuàng)建的完成端口相關(guān)聯(lián)，并在此套接字上調(diào)用WSARecv投遞接收數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。
3．2 IOCP模型的實(shí)現(xiàn)
要建立IOCP模型，需要在服務(wù)器啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)線程時(shí)，首先創(chuàng)建一個(gè)完成端口對(duì)象，通過(guò)調(diào)用CreateIoCompletionPort來(lái)實(shí)現(xiàn)，之后調(diào)用GetSystemlnfo函數(shù)獲得CPU的數(shù)量，根據(jù)CPU的數(shù)量創(chuàng)建一定數(shù)量的服務(wù)線程在此端口上等待完成事件的通知，一般來(lái)說(shuō)，服務(wù)線程的數(shù)量大約是CPU數(shù)量的2倍。
當(dāng)監(jiān)聽(tīng)套接字接收到一個(gè)新的連接時(shí)，再次調(diào)用CreateIoCompletionPort將接收套接字與我們先前創(chuàng)建的完成端口綁定。這里的完成鍵pComleKey是一個(gè)指向ClientContext結(jié)構(gòu)體的指針，該結(jié)構(gòu)體包含了當(dāng)前套接字的一些相關(guān)信息，接受和發(fā)送數(shù)據(jù)所用的緩存。接下來(lái)需要定義一個(gè)與I／O操作相關(guān)的結(jié)構(gòu)體，保存與I／O操作相關(guān)的信息。該結(jié)構(gòu)體的定義如下：
其中m_ioType表示I／O操作的類型，接下來(lái)需要調(diào)用WSARecv發(fā)起重疊的I／O操作請(qǐng)求，并將向前創(chuàng)建的OVERLAPPEDPLUS結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)傳遞進(jìn)去。具體如下：
服務(wù)線程被啟動(dòng)后，調(diào)用GetQueuedCompletionStation函數(shù)等待重疊I／O操作的完成，當(dāng)重疊I／O操作完成時(shí)，I／O操作完成通知包被發(fā)送到完成端口上，此時(shí)該函數(shù)返回，完成通知包包含的信息有已傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)、完成鍵和重疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)返回的I／O操作的具體信息，調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。在處理完數(shù)據(jù)之后，需要再次向完成端口投遞I／O操作請(qǐng)求。我們可以通過(guò)調(diào)用PostQueuedCompletion Status函數(shù)來(lái)向完成端口發(fā)送一個(gè)I／O操作完成通知包。圖2是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓ぷ髁鞒虉D。
7 結(jié)束語(yǔ)
在Windows7環(huán)境下建立服務(wù)器運(yùn)行平臺(tái)，100M局域網(wǎng)內(nèi)，7個(gè)客戶同時(shí)連接到服務(wù)器，服務(wù)器能正常運(yùn)行，同時(shí)打開(kāi)7個(gè)客戶端的屏幕監(jiān)控窗口，客戶端屏幕圖像顯示無(wú)明顯延遲，需要時(shí)可正常開(kāi)啟遠(yuǎn)程控制功能。基于IOCP的服務(wù)器理論上可以連接成百上千個(gè)客戶端，但是由于網(wǎng)絡(luò)帶寬，硬件配置等限制，連接數(shù)量往往有一定的限制。基于IOCP的服務(wù)器程序優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)Υ罅康目蛻暨B接進(jìn)行有效管理，資源利用率高，具有易擴(kuò)展性，隨著硬件配置的提高，無(wú)需改動(dòng)程序，其性能就可以隨之提升。