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套接字中緩沖區(qū)

1、MTU（Maximum Transmission Unit）

最大傳輸單元，在數(shù)據(jù)鏈路層中，往往規(guī)定了MTU大小，IP層的數(shù)據(jù)包通過數(shù)據(jù)鏈路層如果大于MTU，將被分片，到達(dá)接收端IP層后再被重組。以太網(wǎng)的MTU為1500字節(jié)。

2、MSS（Maximum Segment Size）

最大報文段，是TCP協(xié)議的一個選項。MSS選項用于在TCP建立連接時，收發(fā)雙方協(xié)商一個TCP報文段所能承載的最大數(shù)據(jù)長度。MSS選項只在初始化連接請求(SYN=1)的報文段中使用。選擇合適的MSS很重要。如果MSS小了，網(wǎng)絡(luò)利用率低。如果MSS大了，由于在網(wǎng)絡(luò)層需要分片，也會影響網(wǎng)絡(luò)性能。一般MSS的長度為MTU(1500)-IP首部(20)-TCP首部(20)=1460字節(jié)。

3、TCP的緩沖區(qū)

如上圖所示，每一個TCP套接字都有一個發(fā)送緩沖區(qū)，可以使用SO_SNDBUF套接字選項來更改緩沖區(qū)大小。我們調(diào)用send發(fā)送數(shù)據(jù)的時候(默認(rèn)阻塞模式)，如果緩沖區(qū)沒滿，調(diào)用直接返回。但是這僅僅表明數(shù)據(jù)被復(fù)制到緩沖區(qū)中，并不表明對端接收到數(shù)據(jù)。系統(tǒng)內(nèi)核在IP層發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，并不是按照我們調(diào)用send接口發(fā)送的數(shù)據(jù)包大小來進(jìn)行發(fā)送，即使我們調(diào)用send發(fā)送的數(shù)據(jù)大小小于1460字節(jié)(MTU-TCP首部-IP首部)。因為我們調(diào)用send接口實際是將數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)中，而內(nèi)核基本上是按照最大MSS大小(1460字節(jié))從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)發(fā)送出去，當(dāng)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)小于MSS，則將剩余數(shù)據(jù)全部發(fā)送出去。TCP的發(fā)送緩沖區(qū)必須為已發(fā)送的數(shù)據(jù)保留一個副本，直到它被對端確認(rèn)為止，才能從緩沖區(qū)中刪掉已確認(rèn)的數(shù)據(jù)。

TCP接收緩沖區(qū)，可以通過SO_RCVBUF套接字選項來更改。接收緩沖區(qū)被TCP用來保存接收到的數(shù)據(jù)，直到應(yīng)用程序來讀取。對于TCP來說，接收緩沖區(qū)中可用空間的大小限定了TCP通告對端的窗口大小。TCP套接字的接收緩沖區(qū)不能溢出，所以發(fā)送端不能發(fā)送超過接收端通知的窗口大小，否則在接收端將丟棄數(shù)據(jù)包。

4、UDP的緩沖區(qū)

UDP也有發(fā)送緩沖區(qū)大小，也可以通過SO_SNDBUF套接字選項更改它，不過它不同于TCP的發(fā)送緩沖區(qū)大小，它僅僅是可以寫到該套接字的UDP數(shù)據(jù)報的大小上限。如果一個應(yīng)用程序?qū)懸粋€大于套接字發(fā)送緩沖區(qū)大小的數(shù)據(jù)報，內(nèi)核將返回一個EMSGSIZE錯誤。UDP緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)被發(fā)送完之后，該數(shù)據(jù)就被刪除了。我們調(diào)用sendto發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，內(nèi)核在收到用戶的數(shù)據(jù)報，僅僅給數(shù)據(jù)包加上8字節(jié)的首部構(gòu)成UDP數(shù)據(jù)報，然后就傳給IP層。如果數(shù)據(jù)報大小小于MTU，則直接發(fā)送給對端；如果大于MTU，則會被分片。所以通過UDP協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)報，應(yīng)該考慮發(fā)送的數(shù)據(jù)包小于MTU-8(UDP首部)-20(IP首部)，這樣在通過IP層就不用分片，丟包率將比分片處理的情況小很多。

UDP的接收緩沖區(qū)，同樣通過SO_RCVBUF套接字選項更改它。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)報裝不進(jìn)接收緩沖區(qū)，該數(shù)據(jù)報就被丟棄。

5、TCP緩沖區(qū)的調(diào)用順序

當(dāng)設(shè)置TCP套接字緩沖區(qū)大小時，函數(shù)的調(diào)用順序很重要。因為TCP的窗口規(guī)模選項是在建立連接時用SYN分節(jié)與對端互換得到的。對于客戶端，這意味著緩沖區(qū)選項必須在調(diào)用connect之前設(shè)置。對于服務(wù)端，這意味著該選項必須在調(diào)用listen之前給監(jiān)聽套接字設(shè)置，已連接套接字的緩沖區(qū)大小總是從監(jiān)聽套接字繼承而來。

6、TCP套接字緩沖區(qū)的性能

在設(shè)置套接字緩沖區(qū)大小時需要考慮性能問題。下圖展示了兩個端點間容量為8個分節(jié)的一個TCP連接（稱其為管道）。

我們在頂部給出4個數(shù)據(jù)分節(jié)，在底部給出4個ACK。即使管道中只有4個數(shù)據(jù)分節(jié)，客戶端也必須有至少8個分節(jié)容量的發(fā)送緩沖區(qū)，因為客戶端TCP必須為每個分節(jié)保留一個副本，直到接收到來自服務(wù)器的相應(yīng)ACK。這里涉及管道容量的概念，稱為“帶寬-延遲積(bandwidth-delay product)”，它通過將帶寬(bit/s)和RTT(s)相乘，再將結(jié)果由位轉(zhuǎn)換為字節(jié)計算得到。其中，RTT可以使用ping程序測得。例如，客戶端到服務(wù)端帶寬為100Mb/s，客戶端到服務(wù)端RTT為1ms，則帶寬-延遲積為100*1/8為12.5KB。當(dāng)套接字緩沖區(qū)大小小于該值，管道將不會處于滿狀態(tài)，性能達(dá)不到最高，所以緩沖區(qū)一般設(shè)置略大于帶寬-延遲積。當(dāng)帶寬變大或者RTT變大，套接字緩沖區(qū)也需要增長。

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注：以上參考《UNIX網(wǎng)絡(luò)編輯卷1》2.11和7.5.8章節(jié)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的套接字中缓冲区的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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