【网络编程实践】2.1.2实现ttcp程序

使用 ttcp 作为例子的理由

1. 使用了基本的sockets APIs&＃xff1a;socket&＃xff0c;listen&＃xff0c; bind&＃xff0c; accept&＃xff0c;connect&＃xff0c;read/recv&＃xff0c;write/send&＃xff0c;shutdown&＃xff0c;close 等等
2. 协议带有格式&＃xff0c;不只是字节流&＃xff0c;相较于echo具有tcp分包处理等
3. ttcp 本身是由 tcp/ip 实现的程序&＃xff0c;具有一些典型的行为。可以阅读其代码学习它的一些优秀实现
4. 协议简单&＃xff0c;可以由多种语言实现&＃xff0c;针对测试结果对比个语言实现的runtime开销
5. 无并发连接&＃xff0c;client与server之间只有一个tcp socket

ttcp 用到的协议

这里粗箭头表示有效载荷的数据&＃xff0c;以 1 为例&＃xff1a; 这里的 len&＃61;8192 对应右侧 结构体 PayloadMessage::length 成员携带的数据&＃xff0c;表示第二个成员的 data 的长度。 而length本身占4个字节&＃xff0c;因此这一次发送数据长度为 8192&＃43;4 。
&＃xff08;注意这里的PayloadMessage::data成员是一个柔性数组&＃xff0c;大小由运行时写入的数据为准&＃xff0c;所以这里需要一个length成员记录data的长度&＃xff09;

可以注意到&＃xff0c;ttcp发送数据会有一个Ack应答&＃xff0c;相对于netcat只发送不接收而言&＃xff0c;理论上讲ttcp检测出的带宽要慢于netcat测出的结果&＃xff0c;特别对于网络有延迟的情况而言&＃xff0c;发送数据和Ack都会有延迟产生。

代码&＃xff1a;https://github.com/chenshuo/muduo.git

• 直线型的阻塞IO示例&＃xff1a;
  • muduo/examples/ace/ttcp/ttcp_blocking.cc &＃xff08;C with sockets API&＃xff09;
  • recipes/tpc/ttcp.cc &＃xff08;C&＃43;&＃43; with a thin wrapper&＃xff09;
  • muduo-examples-in-go/examples/ace/ttcp/ttcp.go &＃xff08;Go&＃xff09;
• 非阻塞IO库示例&＃xff1a;
  • muduo/examples/ace/ttcp/ttcp.cc

以上示例都不支持并发连接&＃xff0c;前三个示例每个连接起一个线程来处理就可以支持并发&＃xff0c;第四个在设计上收到最后一条消息就退出&＃xff0c;将退出语句注释掉可以支持并发。

ttcp 代码分析 及 测试角度

C服务端&＃xff08;接收函数&＃xff09;注解&＃xff1a;

// 选自 muduo/examples/ace/ttcp/ttcp_blocking.cc 接收函数。 C语言实现/* 服务端&＃xff1a;接收 */
void receive(const Options& opt)
{int sockfd &＃61; acceptOrDie(opt.port); // 接收连接struct SessionMessage sessionMessage &＃61; { 0, 0 }; // 接收消息&＃xff0c;comment.h 中定义 8 字节if (read_n(sockfd, &sessionMessage, sizeof(sessionMessage)) !&＃61; sizeof(sessionMessage)) // 保证完整的读取 8 字节{perror("read SessionMessage");exit(1);}/* sessionMessage.number 条消息&＃xff0c;每条消息长 sessionMessage.length */ sessionMessage.number &＃61; ntohl(sessionMessage.number); // 消息由网络字节序 转至 本机字节序sessionMessage.length &＃61; ntohl(sessionMessage.length);printf("receive number &＃61; %d\nreceive length &＃61; %d\n", // 服务端打印预计接收的数据大小sessionMessage.number, sessionMessage.length);const int total_len &＃61; static_cast<int>(sizeof(int32_t) &＃43; sessionMessage.length); // 准备缓冲区接收// 安全漏洞&＃xff0c;对方发送的length值很大&＃xff0c;造成缓冲区。 这里可以进行一个判断&＃xff0c;限制最大length长度PayloadMessage* payload &＃61; static_cast<PayloadMessage*>(::malloc(total_len));assert(payload);for (int i &＃61; 0; i < sessionMessage.number; &＃43;&＃43;i) // number 次消息循环读取{payload->length &＃61; 0;if (read_n(sockfd, &payload->length, sizeof(payload->length)) !&＃61; sizeof(payload->length)) // 先读4字节的&＃xff0c; 这里存放每条消息的长度{perror("read length");exit(1);}payload->length &＃61; ntohl(payload->length);assert(payload->length &＃61;&＃61; sessionMessage.length); // 每次消息的 len 应该与 sessionMessage.len 一致/* 读消息 */if (read_n(sockfd, payload->data, payload->length) !&＃61; payload->length) // 读剩余的消息{perror("read payload data");exit(1);}/* 响应字段&＃xff0c;返回本次收到的字节数 */int32_t ack &＃61; htonl(payload->length);if (write_n(sockfd, &ack, sizeof(ack)) !&＃61; sizeof(ack)){perror("write ack");exit(1);}}::free(payload);::close(sockfd);
}

C&＃43;&＃43;客户端&＃xff08;发送函数&＃xff09;代码注解&＃xff1a;

// 选自 recipes/tpc/ttcp.cc 发送函数。 C&＃43;&＃43;实现void transmit(const Options& opt)
{InetAddress addr(opt.port); // 拿到地址的端口if (!InetAddress::resolve(opt.host.c_str(), &addr)) // 将主机名解析成ip地址{printf("Unable to resolve %s\n", opt.host.c_str());return;}printf("connecting to %s\n", addr.toIpPort().c_str());TcpStreamPtr stream(TcpStream::connect(addr)); // 连接if (!stream){printf("Unable to connect %s\n", addr.toIpPort().c_str());perror("");return;}if (opt.nodelay) // 禁用Nagle算法&＃xff0c;即可以有多个 未确认的分组的报文&＃xff08;tcp应答ack&＃xff09;{stream->setTcpNoDelay(true);}printf("connected\n");double start &＃61; now();struct SessionMessage sessionMessage &＃61; { 0, 0 };sessionMessage.number &＃61; htonl(opt.number);sessionMessage.length &＃61; htonl(opt.length);if (stream->sendAll(&sessionMessage, sizeof(sessionMessage)) !&＃61; sizeof(sessionMessage)){perror("write SessionMessage");return;}/* 构造 PayloadMessage */const int total_len &＃61; sizeof(int32_t) &＃43; opt.length;PayloadMessage* payload &＃61; static_cast<PayloadMessage*>(::malloc(total_len));std::unique_ptr<PayloadMessage, void (*)(void*)> freeIt(payload, ::free); // freeIt 自动析构 assert(payload);payload->length &＃61; htonl(opt.length);/* 构造数据&＃xff0c;一个循环出现的字符串 */for (int i &＃61; 0; i < opt.length; &＃43;&＃43;i){payload->data[i] &＃61; "0123456789ABCDEF"[i % 16];}double total_mb &＃61; 1.0 * opt.length * opt.number / 1024 / 1024;printf("%.3f MiB in total\n", total_mb);for (int i &＃61; 0; i < opt.number; &＃43;&＃43;i){int nw &＃61; stream->sendAll(payload, total_len); // 发送数据给服务端assert(nw &＃61;&＃61; total_len);int ack &＃61; 0;int nr &＃61; stream->receiveAll(&ack, sizeof(ack)); // 接收服务端返回数据assert(nr &＃61;&＃61; sizeof(ack));ack &＃61; ntohl(ack);assert(ack &＃61;&＃61; opt.length); // 检查服务段收到的数据长度 与 本次发送的长度是否相等}double elapsed &＃61; now() - start; // 计算带宽printf("%.3f seconds\n%.3f MiB/s\n", elapsed, total_mb / elapsed);
}


多维性角度的性能测试研究&＃xff1a;
在直线型的阻塞IO示例中提供了三种语言实现的服务端/客户端&＃xff0c;我们可以从下面几种角度进行性能的测试。

• 从机器角度&＃xff1a;选取不同的机器分别充当服务器/客户端的角色&＃xff0c;进行性能测试。
• 从语言角度&＃xff1a;选取不同的语言实现的服务器/客户端的角色&＃xff0c;进行性能测试。
• 从消息角度&＃xff1a;选取不同number与length的组合&＃xff08;如n*l 不变&＃xff0c;参考反比例函数&＃xff09;&＃xff0c;进行性能测试。
• 除此之外&＃xff0c;干扰性能的因素还有网络的拥堵情况&＃xff0c;数据延迟等也可考虑在内。