网络编程实用教程_第3章

Windows Sockets为了实现当一个应用程序的套接字调用处于阻塞 时，能够放弃CPU让其它应用程序运行，它在调用处于阻塞时便 进入一个叫“HOOK”的例程，此例程负责接收和分配 WINDOWS消息，使得其它应用程序仍然能够接收到自己的消息 并取得控制权。 在Windows Sockets实现中，对于不能立即完成的阻塞操作做如下 处理：DLL初始化→循环操作。在循环中，它发送任何 WINDOWS 消息，并检查这个Windows Sockets调用是否完成 （WSAIsBlocking函数），在必要时，它可以放弃CPU让其它应 用程序执行。我们可以调用WSACancelBlockingCall函数取消此 阻塞操作。 一个阻塞操作尚未完成之前，除了 WSACancelBlockingCall() 和 WSAIsBlocking() 函数，不允许应用程序再调用其他任何 WinSock函数，如果某个WinSock函数在此时被调用，则会失败 并返回错误代码WSAEINPROGRESS。
第3章 Windows环境的网络编程
3.1 Windows Sockets规范 3.1.1 概述
Microsoft公司以Berkeley Sockets规范为范例，定义了 Windows Socktes规范，简称Winsock规范。这是Windows操作 系统环境下的套接字网络应用程序编程接口（API）。 Winsock以库函数的方式实现。不仅包括了Berkeley Sockets 风格的库函数，也包括了一组针对Windows操作系统的扩展库 函数，使编程者能充分利用Windows操作系统的消息驱动机制 进行编程。
4．指针 所有应用程序与Windows Sockets使用的指针都必须 是 FAR 指 针 。 为 了 方 便 应 用 程 序 开 发 者 使 用 ， Windows Sockets规范定义了数据类型LPHOSTENT。 near指针和far指针的区别 在DOS下（实模式）地址是分段的，每一段的长度为64K字节， 刚好是16位（二进制的十六位）。 near指针的长度是16位的，所以可指向的地址范围是64K字 节，通常说near指针的寻址范围是64K。 far指针的长度是32位，含有一个16位的基地址和16位的偏 移量，将基地址乘以16后再与偏移量相加（所以实际上far指 针是20位的长度）即可得到far指针的1M字节的偏移量。所以 far指针的寻址范围是1M字节，超过了一个段64K的容量。例 如一个far指针的段地址为0x7000，偏移量为0x1244，则该指 针指向地址0x71224.如果一个far指针的段地址是0x7122，偏 移量为0x0004，则该指针也指向地址0x71224。

请注意，设计自己的阻塞处理例程时，除了函数 WSACancelBlockingHook() 之外，它不能使用其它 的 Windows Sockets API函数。在处理例程中调用 WSACancelBlockingHook()函数将取消处于阻塞的 操作，它将结束阻塞循环。 只有在以下条件为真的时候，Windows Sockets DLL 才调用阻塞钩子函数：历程是被定义为可以阻塞的， 指定的套接口也是阻塞套接口，而且请求不能立刻 完成。
图3.1 网络应用进程利用WinSock进行通信
3.1.2 Windows Sockets规范
Windows Sockets 规范是一套开放的、支 持多种协议的Windows下的网络编程接口。从 1991年到1995年，从1.0版发展到2.0.8版， 已成为Windows网络编程的事实上的标准。
阻 塞 是 在 把 应 用 程 序 从 Berkeley 套 接 口 环 境 中 移 植 到 Windows环境中的一个主要焦点。阻塞是指唤起一个函数，该 函数直到相关操作完成时才返回。 在Berkeley套接口模型中，一个套接口的操作的缺省行为是 阻塞方式的，除非程序员显式地请求该操作为非阻塞方式。 在Windows环境下，推荐程序员在尽可能的情况下使用非 阻塞方式（异步方式）的操作。因为非阻塞方式的操作能够更 好地在Windows环境下工作。 Windows是非抢先的多任务环境，即若一个程序不主动放 弃其控制权，别的程序就不能执行。因此在设计Windows Sockets 程序时，尽管系统支持阻塞操作，但还是反对程序员使 用该操作。但由于 SUN 公司下的 Berkeley Sockets 的套接字默 认操作是阻塞的，WINDOWS 作为移植的 SOCKETS 也不可避 免对这个操作支持。
3．错误代码的获得 在UNIX 套接字规范中，如果函数执行时发生 了错误，会把错误代码放到errno或h_errno变量中。 在Winsock中，错误代码可以使用WSAGetLastError() 调用得到。
为了保持与BSD的兼容性，应用程序可以加入 以下一行代码： #define errno WSAGetLastError() 这就保证了用全程的errno变量所写的网络程 序代码在单线程环境中可以正确使用。 当然，这样做有许多明显的缺点：如果一个原 程序包含了一段代码对套接口和非套接口函数都用 errno变量来检查错误，那么这种机制将无法工作。 此外，一个应用程序不可能为errno赋一个新的值 （在Windows Sockets中，WSASetLastError()函数 可以做到这一点）。

3.1.3 WinSock规范与Berkeley套接口的区别
1．套接口数据类型和该类型的错误返回值 在UNIX中，包括套接口句柄在内的所有句柄，都是非负 的短整数，在WinSock规范中定义了一个新的数据类型，称作 SOCKET，用来代表套接字描述符。 typedef u_int SOCKET;
在DOS下，如果没有指定一个指针是near或
far，那么默认是near。所以far指针要显式指 定。在Win32的保护模式默认的是far指针。 什么时候使用far指针？ 当使用小代码或小数据存储模式（small）时， 不能编译一个有很多代码或数据的程序。因 为在64K的一个段中，不能放下所有的代码 与数据。为了解决这个问题，需要指定以far 函数或far指针来使用这部分的空间（64K以 外的空间）。
5．重命名的函数 （1）close()改变为closesocket() （2）ioctl()改变为ioctlsocket() 6．Winsock支持的最大套接口数目 在WINSOCK.H中缺省值是64，在编译时由常量FD_SETSIZE 决定。 7．头文件
Berkeley 头 文 件 被 包 含 在 WINSOCK.H 中 。 一 个 Windows Sockets应用程序只需简单地包含WINSOCK.H就足够了。
（3）WinSock 1.1 扩充了Berkeley Socketቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 规范
针对微软 Windows的特点，WinSock 1.1定义 了一批新的库函数，提供了对于消息驱动机制的支 持，有效地利用Windows多任务多线程的机制。见 表3.3 这些扩充主要是提供了一些异步函数，并增加 了符合Windows消息驱动特性的网络事件异步选择 机制。
1．Windows Sockets 1.1版本
在Winsock.h包含文件中，定义了所有 WinSock 1.1版本库函数的语法、相关的符号 常量和数据结构。库函数的实现在 WINSOCK.DLL动态链接库文件中。
（1）WinSock 1.1 全面继承了Berkeley Sockets规范， 见表 3.1
阻塞操作的循环处理步骤： （1）调用 BlockingHook 函数 。 （2）检查使用者是否已调用 WSACancelBlockingCall() 取消了 当前WinSock函数的调用 （3）检查当前WinSock函数的调用是否已完成了？ 在 Windows Socket 中，有一个默认的阻塞处理例程（阻塞 钩子函数） BlockingHook() 简单地获取并发送WINDOWS 消息。如果要对复杂程序进行处理，Windows Sockets 中还 有WSASetBlockingHook() 提供用户安装自己的阻塞处理例 程能力；与该函数相对应的则是 WSAUnhookBlockingHook()，它用于删除先前安装的任何 阻塞处理例程，并重新安装默认的处理例程。
例如： 典型的BSD风格： s = socket(...); if (s == -1) /* of s<0 */ {...} 更优良的风格： s = socket(...); if (s == INVALID_SOCKET) {...}
2．select()函数和FD_*宏
select函数的实现有一些变化，每一组套接口仍然用 fd_set类型代表，但它并不是一个位掩码。整个组的套接口 是用了一个套接口数组来实现的。 在Winsock中，使用select()函数时，应用程序应坚持用 FD_XXX宏来设置，初始化，清除和检查fd_set结构。
（5）套接口组：允许应用程序通知底层的服务 提供者一组特定的套接口是相关的。 （6）扩展的字节顺序转换例程：可以针对不同 的协议需求进行多种字节序的转换，具体的 字节顺序由PROTOCL_INFO结构指明。 （7）分散/聚集方式I/O：从多个缓冲区发送与 接收数据。 （8）新增了许多函数。
3．WinSock 1.1中的阻塞问题
（2）数据库函数
表3.2列出了Winsock规范定义的数据库查询例程。 其中六个采用getXbyY()的形式，大多要借助网络上的 数据库来获得信息。 getXbyY()函数都返回一个指针， 指向某种数据结构区域，这些结构区域是由Winsock实 现分配的，用来放置函数返回的数据信息。
要注意：这些指针指向的数据结构数据是易失的， 它们只在该线程的下一个WinSock API调用之前有效。 在一个线程中，只有一份这个结构的副本。因此，应 该在发出下一个WinSock API调用之前把所需的信息复 制出来。
SOCKET可以取从0到INVALID_SOCKET-1之间的任意值。 在socket()例程和accept()例程返回时，检查是否有错误发生 就不应该再使用把返回值和-1比较的方法，或判断返回值是否 为负（这两种方法在BSD中都是很普通，很合法的途径）。取 而代之的是，一个应用程序应该使用常量INVALID_SOCKET， 该常量已在WINSOCK.H中定义。