socket编程缓冲区大小对send()的影响

1. 概述

Socket编程中，使用send()传送数据时，返回结果受到以下几个因素的影响：
• Blocking模式或non-blocking模式
• 发送缓冲区的大小
• 接收窗口大小
本文档介绍通过实验的方式，得出（收发）缓冲区大小对send结果的影响。实验使用C语言。

2 数据发送和接收的过程

如下图所示，程序调用send()发送数据时，数据将首先进入发送缓冲区，等待发送。系统底层socket负责数据的传送，数据通过网络到达接收方的缓冲区。接收方缓冲区内的数据，等待应用程序调用recv()读取。

3 实验一：Blocking模式下

3.1 实验步骤

发送端：blocking模式send()发送8192字节，使用setsockopt设置SO_SNDBUF改变发送缓冲区的大小。
接收端：建立连接后进入睡眠。使用setsockopt设置SO_RCVBUF改变接收缓冲区的大小。

3.2 实验得到的数据

 

 3.3实验结论

“已发送字节 + 缓冲区中待发送字节 > 总字节”时，send()能立即返回，否则处于阻塞等待。

4 实验二：Non-Blocking模式下

4.1 实验步骤

发送端：non-blocking模式send()发送8192字节，使用setsockopt设置SO_SNDBUF改变发送缓冲区的大小。
接收端：建立连接后进入睡眠。使用setsockopt设置SO_RCVBUF改变接收缓冲区的大小。

4.2 实验数据

 

4.3 实验结论

随着SNDBUF增大，send()返回已发送字节越大。接收窗口大小对结果影响不是线性的。实际已接收的只有窗口大小。

5. 实验原代码

5.1 服务器端代码

  1 #include <netinet/in.h>
  2 #include <sys/socket.h>
  3 #include <stdio.h>
  4 #include <stdlib.h>
  5 #include <stdint.h>
  6 #include <string.h>
  7 #include <errno.h>
  8 
  9 int
 10 init_server(int type, const struct sockaddr_in *addr)
 11 {
 12     int fd;
 13     int err = 0;
 14     int reuse = 1;
 15 
 16     if ((fd = socket(AF_INET, type, 0)) < 0) {
 17         printf("Failed to create socket.\n");
 18         exit(1);
 19     }
 20     if (bind(fd, (struct sockaddr *)addr, sizeof(*addr)) < 0) {
 21         printf("Server Bind Failed: %d\n", errno);
 22         exit(1);
 23     }
 24     if (listen(fd, 5) < 0) {
 25         printf("Fail to listen\n");
 26         exit(1);
 27     }
 28     return fd;
 29 }
 30 
 31 void
 32 serve(int fd, int n_to_send, int s_buf_size, int flag)
 33 {
 34     int clfd, clfd_2;
 35     struct sockaddr_in client_addr;
 36     char *buf;
 37     const char  *addr;
 38     socklen_t alen = sizeof(int);
 39     int n=0;
 40     int i;
 41     ssize_t num;
 42 
 43     /* initialize the send buffer */
 44     buf = malloc(n_to_send * sizeof(char));
 45     for (i = 0; i < n_to_send; i++)
 46         buf[i] = '=';
47 
 48     /* change the send buffer size */
 49     getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char *)&n, &alen);
 50     printf("SEND buffer size: %d\n", n);
 51     getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_SNDLOWAT, (char *)&n, &alen);
 52     printf("SEND LOWAT size: %d\n", n);
 53     if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char *)&s_buf_size, sizeof(int)) < 0) {
 54         printf("fail to change SNDbuf.\n");
 55         exit(2);
 56     }
 57     getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char *)&n, &alen);
 58     printf("Current SEND buffer size: %d\n", n);
 59 
 60     /* loop: accept a client, and send buffer to it */
 61     while(1) {
 62         printf("waiting for clients...\n");
 63         clfd = accept(fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &alen);
 64         if(clfd < 0) {
 65             printf("accept error.");
 66             exit(4);
 67         }
 68         printf("new client\n");
 69         printf("Sending %d bytes...\n", n_to_send);
 70         i = send(clfd, buf, n_to_send, flag);
 71         printf("send %d bytes.\n", i);
 72         close(clfd);
 73         printf("\n\n");
 74     }
 75 }
 76 
 77 int
 78 main(int argc, char *argv[])
 79 {
 80     char host[] = "127.0.0.1";
 81     struct sockaddr_in server_addr;
 82     uint32_t s_addr;
 83     int fd;
 84     int n_to_send, s_buf_size, flag;
 85 
 86     if (argc != 4) {
 87         printf("useage %s <num to send> <send buf size> <wait_flag:1|0>\n", argv[0]);
 88         exit(1);
 89     }
 90     n_to_send = atoi(argv[1]);
 91     s_buf_size = atoi(argv[2]);
92     flag = atoi(argv[3]) ? 0 : MSG_DONTWAIT;
 93 
 94     bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
 95     inet_pton(AF_INET, host, &s_addr);
 96     server_addr.sin_family = AF_INET;
 97     server_addr.sin_addr.s_addr = s_addr;
 98     server_addr.sin_port = htons(9000);
 99 
100     fd = init_server(SOCK_STREAM, &server_addr);
101     serve(fd, n_to_send, s_buf_size, flag);
102 
103     exit(0);
104 }

5.2 客户端代码

  1 #include <netinet/in.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <errno.h>
  4 #include <sys/socket.h>
  5 #include <stdio.h>
  6 #include <stdlib.h>
  7 #include <string.h>
  8 #include <stdint.h>
  9 
 10 #define SLEEP_TIME 120
 11 
 12 void
 13 tcp_client(int sockfd, struct sockaddr_in *s_addr, int r_buf_size)
 14 {
 15     int n, i;
 16     socklen_t slen = sizeof(int);
 17     int rcv_len;
 18 
 19     /* change receiving buffer size */
 20     getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcv_len, &slen);
 21     printf("Receive buffer size: %d\n", rcv_len);
 22     setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &r_buf_size, sizeof(int));
 23     getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcv_len, &slen);
 24     printf("Current Receive buffer size: %d\n", rcv_len);
 25 
 26     /* connect to server */
 27     if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)s_addr, sizeof(*s_addr))) {
 28         printf("Can not connect to server.\n");
 29         exit(2);
 30     }
 31 
 32     sleep(SLEEP_TIME);
 33 }
 34 
 35 int
 36 main(int argc, char *argv[])
 37 {
 38     char server_ip[] = "127.0.0.1";
 39     int port = 9000;
 40     uint32_t s_addr;
 41     int s_fd;
 42     struct sockaddr_in server_addr;
 43     int r_buf_size;
 44 
 45     if (argc != 2) {
 46         printf("usage: %s <recv_buf_size>\n", argv[0]);
47         exit(1);
 48     }
 49     r_buf_size = atoi(argv[1]);
 50 
 51     bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
 52     inet_pton(AF_INET, server_ip, &s_addr);
 53     server_addr.sin_family = AF_INET;
 54     server_addr.sin_addr.s_addr = s_addr;
 55     server_addr.sin_port = htons(port);
 56     if ((s_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
 57         printf("Fail to create socket.");
 58         exit(1);
 59     }
 60 
 61     tcp_client(s_fd, &server_addr, r_buf_size);
 62     exit(0);
 63 }