TCP中send函數(shù)研究是怎樣的

TCP中send函數(shù)研究是怎樣的，針對(duì)這個(gè)問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問題的小伙伴找到更簡(jiǎn)單易行的方法。

tcp協(xié)議本身是可靠的,并不等于應(yīng)用程序用tcp發(fā)送數(shù)據(jù)就一定是可靠的.不管是否阻塞,send發(fā)送的大小,并不代表對(duì)端recv到多少的數(shù)據(jù).

在阻塞模式下, send函數(shù)的過程是將應(yīng)用程序請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到發(fā)送緩存中發(fā)送并得到確認(rèn)后再返回.但由于發(fā)送緩存的存在,表現(xiàn)為:如果發(fā)送緩存大小比請(qǐng)求發(fā)送的大小要大,那么send函數(shù)立即返回,同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù);否則,send向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送緩存中不能容納的那部分?jǐn)?shù)據(jù),并等待對(duì)端確認(rèn)后再返回(接收端只要將數(shù)據(jù)收到接收緩存中,就會(huì)確認(rèn),并不一定要等待應(yīng)用程序調(diào)用recv);

在非阻塞模式下,send函數(shù)的過程僅僅是將數(shù)據(jù)拷貝到協(xié)議棧的緩存區(qū)而已,如果緩存區(qū)可用空間不夠,則盡能力的拷貝,返回成功拷貝的大小;如緩存區(qū)可用空間為0,則返回-1,同時(shí)設(shè)置errno為EAGAIN.

linux下可用sysctl -a | grep net.ipv4.tcp_wmem查看系統(tǒng)默認(rèn)的發(fā)送緩存大小:
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 16384 81920
這有三個(gè)值,第一個(gè)值是socket的發(fā)送緩存區(qū)分配的最少字節(jié)數(shù),第二個(gè)值是默認(rèn)值(該值會(huì)被net.core.wmem_default覆蓋),緩存區(qū)在系統(tǒng)負(fù)載不重的情況下可以增長(zhǎng)到這個(gè)值,第三個(gè)值是發(fā)送緩存區(qū)空間的最大字節(jié)數(shù)(該值會(huì)被net.core.wmem_max覆蓋).
根據(jù)實(shí)際測(cè)試,如果手工更改了net.ipv4.tcp_wmem的值,則會(huì)按更改的值來(lái)運(yùn)行,否則在默認(rèn)情況下,協(xié)議棧通常是按net.core.wmem_default和net.core.wmem_max的值來(lái)分配內(nèi)存的.

應(yīng)用程序應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用的特性在程序中更改發(fā)送緩存大小:

socklen_t sendbuflen = 0;
socklen_t len = sizeof(sendbuflen);
getsockopt(clientSocket, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void*)&sendbuflen, &len);
printf("default,sendbuf:%d\n", sendbuflen);

sendbuflen = 10240;
setsockopt(clientSocket, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void*)&sendbuflen, len);
getsockopt(clientSocket, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void*)&sendbuflen, &len);
printf("now,sendbuf:%d\n", sendbuflen);

需要注意的是,雖然將發(fā)送緩存設(shè)置成了10k,但實(shí)際上,協(xié)議棧會(huì)將其擴(kuò)大1倍,設(shè)為20k.
-------------------實(shí)例分析---------------

在實(shí)際應(yīng)用中,如果發(fā)送端是非阻塞發(fā)送,由于網(wǎng)絡(luò)的阻塞或者接收端處理過慢,通常出現(xiàn)的情況是,發(fā)送應(yīng)用程序看起來(lái)發(fā)送了10k的數(shù)據(jù),但是只發(fā)送了2k到對(duì)端緩存中,還有8k在本機(jī)緩存中(未發(fā)送或者未得到接收端的確認(rèn)).那么此時(shí),接收應(yīng)用程序能夠收到的數(shù)據(jù)為2k.假如接收應(yīng)用程序調(diào)用recv函數(shù)獲取了1k的數(shù)據(jù)在處理,在這個(gè)瞬間,發(fā)生了以下情況之一,雙方表現(xiàn)為:

A. 發(fā)送應(yīng)用程序認(rèn)為send完了10k數(shù)據(jù),關(guān)閉了socket:
發(fā)送主機(jī)作為tcp的主動(dòng)關(guān)閉者,連接將處于FIN_WAIT1的半關(guān)閉狀態(tài)(等待對(duì)方的ack),并且,發(fā)送緩存中的8k數(shù)據(jù)并不清除,依然會(huì)發(fā)送給對(duì)端.如果接收應(yīng)用程序依然在recv,那么它會(huì)收到余下的8k數(shù)據(jù)(這個(gè)前題是,接收端會(huì)在發(fā)送端FIN_WAIT1狀態(tài)超時(shí)前收到余下的8k數(shù)據(jù).), 然后得到一個(gè)對(duì)端socket被關(guān)閉的消息(recv返回0).這時(shí),應(yīng)該進(jìn)行關(guān)閉.

B. 發(fā)送應(yīng)用程序再次調(diào)用send發(fā)送8k的數(shù)據(jù):
假如發(fā)送緩存的空間為20k,那么發(fā)送緩存可用空間為20-8=12k,大于請(qǐng)求發(fā)送的8k,所以send函數(shù)將數(shù)據(jù)做拷貝后,并立即返回8192;

假如發(fā)送緩存的空間為12k,那么此時(shí)發(fā)送緩存可用空間還有12-8=4k,send()會(huì)返回4096,應(yīng)用程序發(fā)現(xiàn)返回的值小于請(qǐng)求發(fā)送的大小值后,可以認(rèn)為緩存區(qū)已滿,這時(shí)必須阻塞(或通過select等待下一次socket可寫的信號(hào)),如果應(yīng)用程序不理會(huì),立即再次調(diào)用send,那么會(huì)得到-1的值, 在linux下表現(xiàn)為errno=EAGAIN.

C. 接收應(yīng)用程序在處理完1k數(shù)據(jù)后,關(guān)閉了socket:
接收主機(jī)作為主動(dòng)關(guān)閉者,連接將處于FIN_WAIT1的半關(guān)閉狀態(tài)(等待對(duì)方的ack).然后,發(fā)送應(yīng)用程序會(huì)收到socket可讀的信號(hào)(通常是 select調(diào)用返回socket可讀),但在讀取時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)recv函數(shù)返回0,這時(shí)應(yīng)該調(diào)用close函數(shù)來(lái)關(guān)閉socket(發(fā)送給對(duì)方ack);

如果發(fā)送應(yīng)用程序沒有處理這個(gè)可讀的信號(hào),而是在send,那么這要分兩種情況來(lái)考慮,假如是在發(fā)送端收到RST標(biāo)志之后調(diào)用send,send將返回-1,同時(shí)errno設(shè)為ECONNRESET表示對(duì)端網(wǎng)絡(luò)已斷開,但是,也有說法是進(jìn)程會(huì)收到SIGPIPE信號(hào),該信號(hào)的默認(rèn)響應(yīng)動(dòng)作是退出進(jìn)程,如果忽略該信號(hào),那么send是返回-1,errno為EPIPE(未證實(shí));如果是在發(fā)送端收到RST標(biāo)志之前,則send像往常一樣工作;

以上說的是非阻塞的send情況,假如send是阻塞調(diào)用,并且正好處于阻塞時(shí)(例如一次性發(fā)送一個(gè)巨大的buf,超出了發(fā)送緩存),對(duì)端socket關(guān)閉,那么send將返回成功發(fā)送的字節(jié)數(shù),如果再次調(diào)用send,那么會(huì)同上一樣.

D. 交換機(jī)或路由器的網(wǎng)絡(luò)斷開:
接收應(yīng)用程序在處理完已收到的1k數(shù)據(jù)后,會(huì)繼續(xù)從緩存區(qū)讀取余下的1k數(shù)據(jù),然后就表現(xiàn)為無(wú)數(shù)據(jù)可讀的現(xiàn)象,這種情況需要應(yīng)用程序來(lái)處理超時(shí).一般做法是設(shè)定一個(gè)select等待的最大時(shí)間,如果超出這個(gè)時(shí)間依然沒有數(shù)據(jù)可讀,則認(rèn)為socket已不可用.

發(fā)送應(yīng)用程序會(huì)不斷的將余下的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上,但始終得不到確認(rèn),所以緩存區(qū)的可用空間持續(xù)為0,這種情況也需要應(yīng)用程序來(lái)處理.

如果不由應(yīng)用程序來(lái)處理這種情況超時(shí)的情況,也可以通過tcp協(xié)議本身來(lái)處理,具體可以查看sysctl項(xiàng)中的:
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl
net.ipv4.tcp_keepalive_probes
net.ipv4.tcp_keepalive_time

關(guān)于TCP中send函數(shù)研究是怎樣的問題的解答就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識(shí)。