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Windows socket之IOCP例項----IOCP開發駕照理論考試系統

阿新 • • 發佈：2019-02-04

          Windows socket IO完成埠開發駕照理論考試系統例項

這一節我們講解如何利用套接字完成埠開發駕照理論考試系統。

該系統由伺服器和客戶端兩部分組成。

    伺服器負責對題庫和學生資訊的管理，主要包括以下功能：

      1：試卷管理：從題庫讀取試卷和向客戶端傳送試卷。

      2：客戶端管理（CClientManager類）。從資料庫讀取學生資訊，驗證學生資訊。

      3：監視考生考試狀態。

      4：評分。儲存學生考試狀態和成績。

    客戶端負責生成試卷，主要包括以下功能：

      1：登入伺服器。

      2：生成試卷。

      3：考試計時。考試時間結束考生停止答題。

主要步驟如下：

     客戶端成功連線伺服器後，向伺服器傳送學號。伺服器在收到學號後，會驗證該學號是否存在於資料庫中。如果存在且未登入過，則向客戶端傳送該學生姓名和試卷。否則，項客戶端傳送查無此人資訊。

     客戶端在收到試卷後，向考生顯示準備完成，是否開始答題。考生點選開始答題後，客戶端向伺服器傳送開始答卷訊息。考生開始答卷，客戶端進行計時。考試結束後，客戶端向伺服器傳送答題結果。伺服器在收到答題結果後，對該考生的試卷進行評分，並將結果儲存在資料庫。

    資料包設計：

    為了保證客戶端與伺服器之間資料的正確傳送與接收，在傳送資料時，先發送包頭後傳送包體。包頭指明包體的型別和長度。包頭定義如下：

  1. typedefstruct _header  
  2. {  
  3.    u_short type;//包型別。
  4.    u_short len;//包體長度。
  5. }HEADER;  

     客戶端傳送的資料包型別包括考生狀態和心跳包兩種。在考試期間為了監控考生狀態，客戶端定期向伺服器傳送心跳包，伺服器根據此心跳包判斷客戶端狀態。如果由於意外導致連線斷開，伺服器在一段時間內沒有收到心跳包則斷定客戶端斷線。

客戶端在傳送包頭後，傳送考生狀態，它包括以下幾種：

    登入：此時考生狀態為考生學號。LOGIN

    答卷：此時考生狀態沒有資料。DOING

    交卷：此時考生狀態為答題結果。DONE

    斷線：在伺服器一段時間沒有收到心跳包後，設定客戶端為斷線狀態。DISCONN

    伺服器傳送的資料包型別包括：

    考生姓名和試卷。

    伺服器在驗證考生學號後，向客戶端傳送該考生的姓名和試卷。

    工作流程：

    伺服器啟動後，呼叫InitSocket初始化監聽套接字。讀取資料庫，將試卷讀入記憶體，為傳送做準備。呼叫啟動服務函式，在啟動服務函式內建立接受客戶端請求執行緒和服務執行緒。建立監聽執行緒使用WSAEventSelect模型管理請求套接字。服務執行緒可以有多個，迴圈呼叫GetQueuedCompletionStatus函式，檢查是否有非同步IO已完成。     

    當有套接字請求時，接受執行緒接受請求，並建立CClient物件，加入CClientManager管理的客戶端連結串列。並呼叫CClient的AsyRecvHeader執行接收包頭非同步IO操作。

    當有非同步IO完成時，GetQueuedCompletionStatus函式返回，根據IO操作型別IOType決定執行何種操作。

    如果是接收包頭非同步IO完成，根據包頭指定的型別判斷是心跳包，或是狀態包。

如是狀態包，則呼叫接受包體非同步IO函式。在接收包體函式完成後，前兩位元組指定的狀態，執行操作。如果狀態是LOGIN，則是登入狀態。包體長度為hdr.Len。前2位元組為當前狀態，兩位元組後為學號，長度為hdr.Len-2。接收到學號後，從資料庫查詢如果存在此學號，且此學號未登入則傳送姓名。否則傳送登入失敗。GetQueuedCompletionStatus返回時，收到傳送姓名非同步IO完成後，傳送試卷。客戶端收到試卷後對試卷進行解析，生成試卷。

    客戶端向伺服器傳送考試開始包，考試開始，伺服器更新考生狀態為正在考試。客戶端設定一個計時器，每10s向伺服器傳送一個心跳包，表明當前客戶端處於線上狀態，並未離線。伺服器也定義一個計時器，它每隔60s觸發一次，在響應函式內遍歷所有連線的客戶端，檢查它傳送心跳包的時間與當前時間差，如果大於60s則說明客戶端已掉線。將此客戶端從連結串列中刪除。並更新對應考生狀態為掉線。

    考生做完所有試題後，點選交卷，客戶端向伺服器傳送DONE包，包體部分為答案。伺服器更新考生狀態，並計算分數更新到列表控制元件和伺服器。然後刪除客戶端，整個過程結束。

  1. <span style="font-size:18px;">//客戶端向伺服器傳送的包型別。
  2. #define PULSE          107//心跳包。
  3. #define REQUEST          108//請求包。
  4. //伺服器向客戶端傳送的包型別：
  5. #define STUNAME        109//學生姓名。
  6. #define PAPER          110//試卷包。
  7. #define LOGINFAILED    111//登入失敗。</span>

     考試系統的試題型別為選擇題。它包括試題和答案兩部分。題號與問題之間使用：分割。每道題有四個答案，每個答案之間用|分割。試題之間用<>分割。如

<1:問題|A:答案|B：答案|C:答案|D:答案><:問題2|A:答案|B：答案|C:答案|D:答案><:問題3|A:答案|B：答案|C:答案|D:答案><:問題4|A:答案|B：答案|C:答案|D:答案>

資料庫設計

Access資料中儲存了考生資訊和試卷資訊。此處定義了兩張表，分別為StuInfo表和Paper表。。使用ODBC與資料庫連線。由於本文更偏重與介紹IOCP的機制，因此對於資料庫如何使用此處不再介紹。

   StuInfo表包括Stu_ID ,Stu_NO,Stu_Name,Stu_State,Stu_Grade欄位。Stu_ID為主鍵。

    Paper表包括PAP_ID，PAP_QUESTION，PAP_ANSWERA，PAP_ANSWERB，PAP_ANSWERC，PAP_ANSWERD，PAP_ANSWER。

 伺服器設計：

    伺服器負責傳送試題和對考生考試資訊進行管理。它包括多執行緒設計和介面設計。

    多執行緒設計：

    主執行緒啟動後，建立一個接受客戶端連線請求的執行緒和多個服務執行緒。服務執行緒使用套接字的IO完成埠模型對伺服器的IO操作進行管理。監聽執行緒使用套接字的WSAEventSelect模型實現對接受客戶端請求進行管理。

    當伺服器退出時，主執行緒通知接受客戶端執行緒和服務執行緒退出，然後主執行緒退出。

在接受客戶端連線請求執行緒中，接受客戶端的連線請求後，立即發出一個接受客戶端資料包頭的非同步請求。在服務執行緒取出IO操作結果後，再發起另一個非同步IO操作。

    一：主執行緒：負責初始化介面、讀取資料庫、更新介面、更新資料庫、建立完成埠和通知接受請求執行緒和服務執行緒退出。

    二：接受客戶端請求執行緒，利用WSAEventSelect模型實現對客戶端請求的管理。主要任務為：

    1：接受客戶端連線請求。

    2：將完成埠與套接字關聯起來。

    3：發起非同步接收客戶端資料操作。

    三：服務執行緒，利用IO完成埠實現對IO操作管理。主要任務為：

    1：管理客戶端。

    2：傳送考生姓名和試卷。

    3：接收客戶端資料。

    4：考試結束後，對考生答卷進行評分。

   伺服器程式是基於單文件的MFC應用程式。主要包括一下幾個類：

    1：CCServerView類：檢視類，實現伺服器的主要功能。

2：CClient類：實現與客戶端通訊功能。

3：CClientManager類，實現對連線的客戶端進行管理功能。

    4：CServerAddrDlg類：實現IP地址輸入視窗。

CCServerView類：

     OnInitialUpdate函式實現伺服器初始化功能：初始化列表試圖控制元件、更新列表試圖控制元件和讀取試卷。

     OnStartService實現啟動服務功能。它建立監聽套接字、建立完成埠、建立監聽事件物件和接受客戶端請求執行緒和服務執行緒。

      在伺服器儲存一定數量的習題。在OnInitialUpdate函式中會將這些試題讀入到m_cPaper陣列中。

     CCServerView類的使用者自定義部分為：

  1. public:  
  2.     staticDWORD WINAPI AcceptClientThread(PVOID ppram);  
  3.     staticDWORD WINAPI ServiceThread(PVOID ppram);  
  4.     bool InitSocket();//初始化套接字。
  5.     bool StartService();//開始服務。
  6.     bool StopService();//停止服務。
  7.     CString AuthenticateStuNo(char*);//驗證學號。
  8.     bool ReadPaper();//從資料庫讀取試卷資訊。
  9.     bool ReadStuInfo();//從資料庫讀取學生資訊。
  10.     void ContructPaperBuffer();//構造
  11.     void UpdateClientState(CClient *pClient,USHORT state);  
  12.     void Destroy();  
  13.     bool SaveGradeIntoDB(CClient*pClient);//儲存成績到資料庫。
  14.     bool IsAlreadyLogin(CString StuName);//判斷考生是否已登入。
  15. public:  
  16.     HANDLE m_hIOCP;//完成埠控制代碼。
  17.     HANDLE m_hEvent;//監聽套接字對應事件物件。
  18.     HANDLE m_h[SERVICE_NUMBER+1];//執行緒控制代碼。
  19.     SOCKET m_sListenSocket;//監聽套接字。
  20.     bool m_IsRunning;//判斷伺服器是否執行。
  21.     CDatabase m_StuInfoDB;//考生資訊資料庫類。
  22.     CDatabase m_PaperDB;//試卷資料庫類。
  23.     CListCtrl m_listCrtl;//列表控制元件。
  24.     PaperItem *m_pPaperArray;//試題陣列。PaperItem定義馬上介紹。
  25.     UINT m_numOfPaperItem;//試卷試題數量。
  26.     CString m_PaperBuff;//試卷緩衝區。    
  27.     afx_msg void OnTimer(UINT_PTR nIDEvent);//計時器函式，用於檢查心跳包
  28.     afx_msg void OnStartService();//伺服器開始執行。

     實現為：

  1. // CIOCPDriverLisenceExamServerView 訊息處理程式
  2. void CIOCPDriverLisenceExamServerView::OnInitialUpdate()  
  3. {  
  4.     CView::OnInitialUpdate();  
  5.     // TODO: 在此新增專用程式碼和/或呼叫基類
  6.     m_hIOCP=CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE,NULL,0,0);  
  7.     CString sDriver = TEXT("MICROSOFT ACCESS DRIVER (*.mdb)");  
  8.     CString sDsnStuInfo;  
  9.     CString sFileStuInfo = TEXT("E://DriverLiscenceExam.mdb");//Change path here  
  10.     sDsnStuInfo.Format(TEXT("ODBC;DRIVER={%s};DSN='';DBQ=%s"),sDriver,sFileStuInfo);  
  11.     bool ret=m_StuInfoDB.Open(NULL,false,false,sDsnStuInfo);  
  12.     if(!ret)  
  13.     {  
  14.         MessageBox(TEXT("連線資料庫失敗！"));  
  15.     }  
  16.     InitSocket();  
  17.     ReadPaper();  
  18.     ReadStuInfo();  
  19.     ContructPaperBuffer();  
  20. }  
  21. bool CIOCPDriverLisenceExamServerView::InitSocket()  
  22. {  
  23.     WSAData wsadata;  
  24.     WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsadata);  
  25.     m_sListenSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
  26.     if(m_sListenSocket==INVALID_SOCKET)  
  27.     {  
  28.         closesocket(m_sListenSocket);  
  29.         WSACleanup();  
  30.         returnfalse;  
  31.     }  

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