Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Название: Системное программирование в среде Windows
• Автор: Джонсон Харт
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2005
• ISBN: 5-8459-0879-5

Эта книга посвящена вопросам разработки приложений с использованием интерфейса прикладного программирования операционных систем компании Microsoft (Windows 9х, Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003). Основное внимание уделяется базовым системным службам, включая управление файловой системой, процессами и потоками, взаимодействие между процессами, сетевое программирование и синхронизацию. Рассматривается методика переноса приложений, написанных в среде Win32, в среду Win64. Подробно описываются все аспекты системы безопасности Windows и ее практического применения. Изобилие реальных примеров, доступных также и на Web-сайте книги, существенно упрощает усвоение материала.

Книга ориентирована на разработчиков и программистов, как высокой квалификации, так и начинающих, а также будет полезна для студентов соответствующих специальностей.

---

Для пробуждения ожидающих потоков даже в условиях отсутствия завершившихся операций иногда используют метод, суть которого заключается в предоставлении фиктивного значения ключа, например, –1. Ожидающие потоки должны проверять значения ключей, и эта методика может использоваться, например, для того, чтобы сигнализировать потоку о необходимости завершить работу.

Альтернативы портам завершенияввода/вывода

В главе 9 было показано, как использовать семафор для ограничения количества готовых к выполнению потоков, и этот же метод можно эффективно применять для регулирования пропускной способности в условиях, когда множество потоков соревнуются между собой за право владения ограниченными ресурсами.

Эту же методику мы могли бы применить и в серверах serverSK (программа 12.2) и serverNP (программа 11.3). Все, что для этого требуется — это организовать ожидание перехода семафора в сигнальное состояние после завершения запроса на чтение, выполнение этого запроса, создание ответа и освобождение семафора перед тем, как записать ответ. Такое решение гораздо проще того, которое реализовано в примере с портом завершения ввода/вывода, приведенном в следующем разделе. Единственная проблема состоит в том, что потоков может оказаться очень много, и для каждой из них требуется собственное стековое пространство, что приведет к большому расходу виртуальной памяти. Остроту этой проблемы можно несколько ослабить, тщательно распределяя необходимые объемы стекового пространства. Упражнение 14.6 включает в себя выполнение экспериментов с альтернативным решением подобного рода, а реализация соответствующего примера находится на Web-сайте.

Существует еще одна возможность, которую можно использовать при создании масштабируемых серверов. Выборка пакетов рабочих заготовок (work items) из очереди (см. главу 10) может осуществляться с использованием ограниченного количества потоков. Поступающие рабочие заготовки могут помещаться в очередь одной или несколькими главными потоками, как показано в программе 10.5.

Пример: сервер, использующий порты завершения ввода/вывода

Программа 14.4 представляет видоизмененный вариант программы serverNP (программа 11.3), в котором используются порты завершения ввода/вывода. Этот сервер создает небольшой пул серверных потоков и больший пул дескрипторов перекрывающихся каналов, а также ключей завершения, по одному для каждого дескриптора. Перекрывающиеся дескрипторы присоединяются к порту завершения, а затем вызывается функция ConnectNamedPipe. Серверные потоки ожидают сигналов завершения, связанных как с подключениями клиентов, так и с операциями чтения. Когда регистрируется операция чтения, обрабатывается соответствующий клиентский запрос, и результаты возвращаются без использования порта завершения. Вместо этого серверный поток ожидает наступления события после выполнения операции записи, причем младший бит дескриптора события в структуре OVERLAPPED устанавливается в 1.

В другом возможном варианте решения, отличающемся большей гибкостью, можно было бы закрывать дескриптор при каждом отсоединении клиента и создавать новый дескриптор для каждого нового подключения. Этот способ аналогичен тому, который использовался в случае сокетов в главе 12. Вместе с тем, имеется одна трудность, обусловленная невозможностью удаления дескрипторов из порта завершения, в результате чего использование короткоживущих дескрипторов подобного рода будет приводить к утечке ресурсов. 

Поскольку с большей частью кода вы уже знакомы по предыдущим примерам, она здесь не приводится.

Программа 14.4. serverCP: сервер, использующий порт завершения 

/* Глава 14. ServerCP. Многопоточный сервер.

   Версия на основе именованного канала, пример ПОРТА ЗАВЕРШЕНИЯ.

   Использование: Server [ИмяПользователя ИмяГруппы]. */

#include "EvryThng.h"

#include "ClntSrvr.h"

/* Здесь определяются сообщения запроса и ответа. */

typedef struct { /*Структуры, на которые указывают ключи портов завершения*/

 HANDLE hNp; /* и которые представляют еще не выполненные операции */

 REQUEST Req; /* ReadFile и ConnectNamedPipe. */

 DWORD Type; /* 0 – ConnectNamedPipe; 1 – ReadFile. */

 OVERLAPPED Ov;

} CP_KEY;

static CP_KEY Key[MAX_CLIENTS_CP]; /* Доступно всем потокам. */

/* … */

_tmain(int argc, LPTSTR argv[]) {

 HANDLE hCp, hMonitor, hSrvrThread[MAXCLIENTS];

 DWORD iNp, iTh, MonitorId, ThreadId;

 THREAD_ARG ThArgs[MAX_SERVER_TH];

 /*…*/

 hCp = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, MAX_SERVER_TH);

 /* Создать перекрывающийся именованный канал для каждого потенциального */

 /* клиента, добавить порт завершения и ожидать соединения. */

 /* Предполагается, что максимальное количество клиентов намного */

 /* превышает количество серверных потоков. */

 for (iNp = 0; iNp < MAX_CLIENTS_CP; iNp++) {

  memset(&Key[iNp], 0, sizeof(CP_KEY));

  Key[iNp].hNp = CreateNamedPipe(SERVER_PIPE, PIPE_ACCESS_DUPLEX | FILE_FLAG_OVERLAPPED, PIPE_READMODE_MESSAGE | PIPE_TYPE_MESSAGE | PIPE_WAIT, MAX_CLIENTS_CP, 0, 0, INFINITE, pNPSA);

  CreateIoCompletionPort(Key[iNp].hNp, hCp, iNp, MAX_SERVER_TH + 2);

  Key[iNp].Ov.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

  ConnectNamedPipe(Key[iNp].hNp, &Key[iNp].Ov);

 }

 /* Создать рабочие серверные потоки и имя временного файла для каждой из них.*/

 for (iTh = 0; iTh < MAX_SERVER_TH; iTh++) {

  ThArgs[iTh].hCompPort = hCp;

  ThArgs[iTh].ThreadNo = iTh;

  GetTempFileName(_T("."), _T("CLP"), 0, ThArgs[iTh].TmpFileName); 

  hSrvrThread[iTh] = (HANDLE)_beginthreadex (NULL, 0, Server, &ThArgs[iTh], 0, &ThreadId);

 }

 /* Дождаться завершения всех потоков и "убрать мусор". */

 /* … */

 return 0;

}

static DWORD WINAPI Server(LPTHREAD_ARG pThArg)

/* Функция потока сервера.

   Имеется по одному потоку для каждого потенциального клиента. */

{

 HANDLE hCp, hTmpFile = INVALID_HANDLE_VALUE;

 HANDLE hWrEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

 DWORD nXfer, KeyIndex, ServerNumber;

 /* … */

 BOOL Success, Disconnect, Exit = FALSE;

 LPOVERLAPPED pOv;

 OVERLAPPED ovResp = {0, 0, 0, 0, hWrEvent}; /*Для ответных сообщений.*/

 /* Чтобы избежать помещения перекрывающейся операции в очередь порта завершения, должен быть установлен младший бит события. Несмотря на всю странность этого способа, он документирован. */

 ovResp.hEvent = (HANDLE)((DWORD)hWrEvent | 0x1);

 GetStartupInfo(&StartInfoCh);

 hCp = pThArg->hCompPort;

 ServerNumber = pThArg->ThreadNo;

 while(!ShutDown && !Exit) __try {

  Success = FALSE; /* Устанавливается только в случае успешного завершения всех операций. */

  Disconnect = FALSE;

  GetQueuedCompletionStatus(hCp, &nXfer, &KeyIndex, &pOv, INFINITE);

  if (Key [KeyIndex].Type == 0) { /* Соединение установлено. */

   /* Открыть временный файл с результатами для этого соединения. */

   hTmpFile = CreateFile(pThArg->TmpFileName, /* … */);

   Key[KeyIndex].Type = 1;

   Disconnect = !ReadFile(Key[KeyIndex].hNp, &Key[KeyIndex].Req, RQ_SIZE, &nXfer, &Key[KeyIndex].Ov) && GetLastError () == ERROR_HANDLE_EOF; /* Первая операция чтения. */

   if (Disconnect) continue;

   Success = TRUE;

  } else {

   /* Чтение завершилось. Обработать запрос. */

   ShutDown = ShutDown || (_tcscmp (Key[KeyIndex].Req.Record, ShutRqst) == 0);

   if (ShutDown) continue;

   /* Создать процесс для выполнения команды. */

   /* … */ 

   /* Отвечать по одной строке за один раз. На данном этапе удобно использовать функции библиотеки С для работы со строками. */

   fp = _tfopen(pThArg->TmpFileName, _T("r"));

   Response.Status = 0;

   /* Поскольку младший бит события установлен, ответные сообщения в очередь порта завершения не помещаются. */

   while(_fgetts(Response.Record, MAX_RQRS_LEN, fp) != NULL) {

    WriteFile(Key [KeyIndex].hNp, &Response, RS_SIZE, &nXfer, &ovResp);

    WaitForSingleObject(hWrEvent, INFINITE);

   }

   fclose(fp);

   /* Уничтожить содержимое временного файла. */

   SetFilePointer(hTmpFile, 0, NULL, FILE_BEGIN);

   SetEndOfFile(hTmpFile);

   /* Отправить признак конца ответа. */

   Response.Status = 1;

   strcpy(Response.Record, "");

   WriteFile(Key[KeyIndex].hNp, &Response, RS_SIZE, &nXfer, &ovResp);

   WaitForSingleObject(hWrEvent, INFINITE);

   /* Конец основного командного цикла. Получить следующую команду.*/

   Disconnect = !ReadFile(Key[KeyIndex].hNp, &Key[KeyIndex].Req, RQ_SIZE, &nXfer, &Key[KeyIndex].Ov) && GetLastError() == ERROR_HANDLE_EOF; /* Следующее чтение */

   if (Disconnect) continue;

   Success = TRUE;

  }

 } __finally {

  if (Disconnect) {

   /* Создать еще одно соединение по этому каналу. */

   Key[KeyIndex].Type = 0;

   DisconnectNamedPipe(Key[KeyIndex].hNp);

   ConnectNamedPipe(Key[KeyIndex].hNp, &Key[KeyIndex].Ov);