套接字的多种可选项（修改IO缓冲区大小及TCP

套接字的多种可选项（修改IO缓冲区大小及TCP_NODELAY）

news2024/9/25 21:20:14

标题套接字的多种可选项

我们进行套接字编程时往往只关注数据通信，而忽略了套接字具有的不同特性。但是，理解这些特性并根据实际需要进行更改也十分重要。
在这里插入图片描述
从上表可以看出，套接字可选项是分层的。IPPROTOIP层可选项是IP协议相关事项，IPPROTO_TCP层可选项是TCP协议相关的事项，SOL_SOCKET层是套接字相关的通用可选项。

我们几乎可以针对上表中的所有可选项进行读取（Get）和设置（Set）（当然，有些可选项只能进行一种操作）。可选项的读取和设置通过如下2个函数完成。

#include<sys/socket.h>
#include<sys/socket.h>

int getsockopt(int sock, int level,int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

int setsockopt(int sock, int level, int optname, const void*optval, socklen_t optlen);

查看设置I/O缓冲大小以及查看SO_TYPE

void demo() {
	int tcp_sock, udp_sock;
	int optval = 0;
	socklen_t len = sizeof(optval);

	tcp_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	udp_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	std::cout << "tcp_sock:" << SOCK_STREAM << std::endl;
	std::cout << "udp_sock:" << SOCK_DGRAM << std::endl;

	// 查看SO_TYPE
	getsockopt(tcp_sock, SOL_SOCKET, SO_TYPE, (void*)&optval, &len);
	std::cout << "tcp_sock type:" << optval << std::endl;
	optval = 0;
	getsockopt(udp_sock, SOL_SOCKET, SO_TYPE, (void*)&optval, &len);
	std::cout << "udp_sock type:" << optval << std::endl;

	//查看\设置缓冲区
	getsockopt(tcp_sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void*)&optval, &len);
	std::cout << "tcp_sock buffer:" << optval << std::endl;
	optval = 1024 * 1024;
	setsockopt(tcp_sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void*)&optval, len);
	getsockopt(tcp_sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void*)&optval, &len);
	std::cout << "after set tcp_sock buffer:" << optval << std::endl;

	close(udp_sock);
	close(tcp_sock);
}

TCP_NODELAY

“什么是Nagle算法?使用该算法能够获得哪些数据通信特性?”

Nagle算法是以他的发明人John Nagle的名字命名的，它用于自动连接许多的小缓冲器消息；这一过程（称为nagling）通过减少必须发送包的个数来增加网络软件系统的效率。
在这里插入图片描述
从上图中可以得到如下结论：
“只有收到前一数据的ACK消息时，Nagle算法才发送下一数据。”

TCP套接字默认使用Nagle算法交换数据，因此最大限度地进行缓冲，直到收到ACK。上图左侧正是这种情况。为了发送字符串"Nagle"，将其传递到输出缓冲。这时头字符"N"之前没有其他数据（没有需接收的ACK），因此立即传输。之后开始等待字符"N"的ACK消息，等待过程中，剩下的"agle"填入输出缓冲。接下来，收到字符"N"的ACK消息后，将输出缓冲的"agle"装入一个数据包发送。也就是说，共需传递4个数据包以传输1个字符串。

接下来分析未使用Nagle算法时发送字符串"Nagle"的过程。假设字符"N"到"e"依序传到输出缓冲。此时的发送过程与ACK接收与否无关，因此数据到达输出缓冲后将立即被发送出去。从上图右侧可以看到，发送字符串"Nagle"时共需10个数据包。由此可知，不使用Nagle算法将对网络流量产生负面影响。即使只传输1个字节的数据，其头信息都有可能是几十个字节。因此，为了提高网络传输效率，必须使用Nagle算法。

在程序中将字符串传给输出缓冲时并不是逐字传递的，故发送字符串"Nagle"的实际情况并非如上图所示。但如果隔一段时间再把构成字符串的字符传到输出缓冲（如果存在此类数据传递）的话，则有可能产生类似上图的情况。上图中就是隔一段时间向输出缓冲传递待发送数据的。

但Nagle算法并不是什么时候都适用。根据传输数据的特性，网络流量未受太大影响时，不使用Nagle算法要比使用它时传输速度快。最典型的是"传输大文件数据"。将文件数据传入输出缓冲不会花太多时间，因此，即便不使用Nagle算法，也会在装满输出缓冲时传输数据包。这不仅不会增加数据包的数量，反而会在无需等待ACK的前提下连续传输，因此可以大大提高传输速度。
一般情况下，不适用Nagle算法可以提高传输速度。但如果无条件放弃使用Nagle算法，就会增加过多的网络流量，反而会影响传输。因此，未准确判断数据特性时不应禁用Nagle算法。

刚才说过的"大文件数据"应禁用Nagle算法。换言之，如果有必要，就应禁用Nagle算法。"Nagle算法使用与否在网络流量上差别不大，使用Nagle算法的传输速度更慢"禁用方法非常简单。
从下列代码也可看出，只需将套接字可选项TCP_NODELAY改为1（真）即可。

演示代码

int opt_val=1;
setsockopt(sock, IPPROTO_TCP,TCP_NODELAY,(void*)&opt_val, sizeof(opt_val));

//可以通过TCP_NODELAY的值查看Nagle算法的设置状态。
int opt_val;socklen_t opt_len;
opt_len=sizeof(opt_val);
getsockopt(sock,IPPROTO_TCP,TCP_NODELAY,(void*)&opt_val,&opt_len);