基于IOCP的遠程屏幕監(jiān)控系統(tǒng) - 全文

　　摘要：利用Windows提供的完成端口(IOCP)模型，實現(xiàn)C/S模式下遠程屏幕監(jiān)控服務(wù)器同時對大量并發(fā)客戶進行屏幕監(jiān)控的功能，可以根據(jù)需要決定是否開始遠程控制。用IOCP對多線程進行調(diào)度和管理，高效地利用系統(tǒng)資源。并且給出了整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)過程。

　　關(guān)鍵字：IOCP;多線程;遠程屏幕監(jiān)控

　　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，遠程屏幕監(jiān)控服務(wù)器利用IOCP可以同時有效地對多個客戶端屏幕進行監(jiān)控。

　　1 遠程屏幕監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　在Windows系統(tǒng)中，對于大型的服務(wù)器應(yīng)用一般設(shè)計為C/S模式，通過在客戶端和服務(wù)器之間建立網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)信息的傳輸。對于服務(wù)器來說，在同一時間可能需要監(jiān)控多個客戶端屏幕，在遠程屏幕監(jiān)控系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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　　由被監(jiān)控的客戶端捕捉屏幕圖像，經(jīng)過壓縮之后實時地傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器打開一個窗口，并將收到的客戶端屏幕圖像數(shù)據(jù)顯示在該窗口中，如需對客戶端進行控制，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)鍵盤點擊事件，實現(xiàn)遠程控制。采用IOCP機制，只需要為數(shù)不多的幾個線程就同時為多個客戶端提供服務(wù)，并且效率遠高于其它網(wǎng)絡(luò)模型。

　　2 IOCP機制的基本原理

　　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請求的一種機制。在處理多個并發(fā)的異步I/O請求時，以往的模型都是在接收請求時創(chuàng)建一個線程來應(yīng)答請求。這樣就有很多的線程并行地運行在系統(tǒng)中。而這些線程都是可運行的，Windows內(nèi)核花費大量的時間在進行線程的上下文切換，并沒有多少時間花在線程運行上。再加上創(chuàng)建新線程的開銷比較大，所以造成了效率的低下。

　　IOCP的目標(biāo)是實現(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，此時線程池中的線程在完成端口上排隊等待I/O操作的完成。如果在完成端口上沒有收到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

　　遠程屏幕監(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服務(wù)器端窗口中，服務(wù)器通過此窗口對客戶端進行遠程控制。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和差錯重傳機制可以確保數(shù)據(jù)在傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　3.1 服務(wù)器監(jiān)聽套接字的實現(xiàn)

　　在服務(wù)器端建立IOCP模型時，首先需要建立一個監(jiān)聽套接字，對于監(jiān)聽套接字，并不將它與完成端口相關(guān)聯(lián)，而是調(diào)用WSAEventSelect為監(jiān)聽套接字注冊FD_ACCEPT網(wǎng)絡(luò)事件。該函數(shù)的聲明如下：

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　　之后創(chuàng)建一個監(jiān)聽線程，在此線程中可以循環(huán)調(diào)用WSAWaitForMultipleEvents等待事件對象被觸發(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)的請求。

　　3.2 IOCP模型的實現(xiàn)

　　要建立IOCP模型，需要在服務(wù)器啟動監(jiān)聽線程時，首先創(chuàng)建一個完成端口對象，通過調(diào)用CreateIoCompletionPort來實現(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，一般來說，服務(wù)線程的數(shù)量大約是CPU數(shù)量的2倍。

　　當(dāng)監(jiān)聽套接字接收到一個新的連接時，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。接下來需要定義一個與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：

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　　其中m_ioType表示I/O操作的類型，接下來需要調(diào)用WSARecv發(fā)起重疊的I/O操作請求，并將向前創(chuàng)建的OVERLAPPEDPLUS結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)傳遞進去。具體如下：

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　　服務(wù)線程被啟動后，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，I/O操作完成通知包被發(fā)送到完成端口上，此時該函數(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)對結(jié)果進行處理。在處理完數(shù)據(jù)之后，需要再次向完成端口投遞I/O操作請求。我們可以通過調(diào)用PostQueuedCompletion Status函數(shù)來向完成端口發(fā)送一個I/O操作完成通知包。圖2是整個網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓ぷ髁鞒虉D。

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　　7 結(jié)束語

　　基于IOCP的服務(wù)器理論上可以連接成百上千個客戶端，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?；贗OCP的服務(wù)器程序優(yōu)點在于能夠?qū)Υ罅康目蛻暨B接進行有效管理，資源利用率高，具有易擴展性，隨著硬件配置的提高，無需改動程序，其性能就可以隨之提升。