基于TCP的不同IO版本的时间性能分析

来源：互联网发布：当店家软件编辑：程序博客网时间：2024/06/06 17:00

一、关于各种IO的执行情况分析

涉及的IO类型:

基本堵塞IO版本、

select下堵塞IO版本、

非堵塞IO版本、

fork版本、

线程化版本。

服务器核心代码:

dg_echo.c

#include    "unp.h"voidstr_echo(int sockfd){    ssize_t     n;    char        buf[MAXLINE];    int counter = 0;again:    while ( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0){        Writen(sockfd, buf, n);        //printf("counter = %d\n", ++counter);    }    if (n < 0 && errno == EINTR)        goto again;    else if (n < 0)        err_sys("str_echo: read error");}

本次试验是基于TCP回射服务器分析，通过发送100MB的数据，然后回射接受100MB，并且计算其运行时间，服务器程序将会统一运行，以此来分析，在堵塞IO， select下堵塞IO，非堵塞IO的select版本，以及堵塞IO的fork版本的运行时间和代码分析

1、基本堵塞IO

源代码如下所示:

dg_cli01.c

#include    "unp.h"#define NUM 1048576#define LENGTH 1024voidstr_cli(FILE *fp, int sockfd){    char    sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];    struct timeval start, end;    gettimeofday(&start, NULL);    int n = 0 ;    int total = 0;    int i;    for(i = 0; i < NUM; ++i){        write(sockfd, sendline, LENGTH);        if ((n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) == 0)            err_quit("str_cli: server terminated prematurely");        if (n >= 0) total += n;        //Fputs(recvline, stdout);    }    gettimeofday(&end, NULL);    printf("use times(s):%lf\n", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);    printf("GET: %f\n", (double)total/(NUM * LENGTH));}

分析:

1、每次代码发送1KB的数据，然后堵塞等待服务器回射。

2、socket的发送空间每次也只是利用了1024kb，利用不充分

3、本代码中通过接受的总字节数，与发送的总字节数作比较。通常会计算式数据的获得的率。是一个小于等于1的整数

运行结果:

结果分析:本次结果，可以判断出，通常情况下是在30-31ms之间，如果接受幅度变动较大可能根据网络负载有很大的关系。

2、select下的堵塞IO模型

核心源代码分如下:

dg_cli_blockio_select01.c

#include "unp.h"#define NUM 1048576#define LENGTH 1024void str_cli(FILE *fp, int sockfd){    ssize_t n, nwritten;    char sendbuf[MAXLINE], recvbuf[MAXLINE];    int sendtotalsize = 0;    int recvtotalsize = 0;    struct timeval start, end;    gettimeofday(&start, NULL);    fd_set rset, wset;    int stdineof = 0;    for(;;){        FD_ZERO(&rset);        FD_ZERO(&wset);        if(stdineof == 0)   FD_SET(sockfd, &wset);        FD_SET(sockfd, &rset);        select(sockfd + 1, &rset, &wset, NULL, NULL);        if(FD_ISSET(sockfd, &rset)){            n = read(sockfd, recvbuf, MAXLINE);            if(n < 0){            if(errno != EWOULDBLOCK)                fprintf(stderr, "read error from socket.\n");            }else if(n == 0){                gettimeofday(&end, NULL);                printf("use times(s):%lf\n", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);                printf("GET: %f\n", (double)recvtotalsize/(NUM * LENGTH));                return;            }else{                recvtotalsize += n;            }        }        if(stdineof == 0 && FD_ISSET(sockfd, &wset)){ // write        nwritten = write(sockfd, sendbuf, LENGTH);        if(nwritten < 0){            if(errno != EWOULDBLOCK) fprintf(stderr, "write error to socket\n");        }else{                 sendtotalsize += nwritten;                if(sendtotalsize == NUM * LENGTH){  // write 100MB data finished.                    stdineof = 1;                    shutdown(sockfd, SHUT_WR);                 }             }        }    }}

分析:

1、当socket不可读的时候，可以持续往socket里面发送数据，这样不会因为read堵塞导致进程休眠，提高了效率。

2、在read读取数据的时候，可以读取socket接受缓冲区中所有的数据。

3、当数据发送完毕后，调用shutdown函数，发送FIN分节

4、read返回0，代表对FIN分节做出了应答，服务器关闭。本次结束。

运行结果如下:

结果分析:相对于一中的基本堵塞IO模型，效率大大的提高了三倍，因为通过select使得进程因为堵塞而休眠的时间更少。

3、fork下的堵塞IO

源代码如下：

dg_cli_fork01.c

#include "unp.h"#define LENGTH 1024#define NUM 1048576void str_cli(FILE *fp, int sockfd){    pid_t child;    char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];    struct timeval start, end;    gettimeofday(&start, NULL);    int n = 0 ;    int total = 0;    int i;    if((child = fork()) == 0){// child        for(;;){            if ((n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) == 0){                err_quit("str_cli: server terminated prematurely");                break;            }else if(n < 0){                fprintf(stderr, " read error from socket\n");            }            else{                total += n;                if(total == NUM * LENGTH){                    break;                }            }        }        gettimeofday(&end, NULL);        printf("use times(s):%lf\n", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);        printf("GET: %f\n", (double)total/(NUM * LENGTH));            //Fputs(recvbuf, stdout);        kill(getppid(), SIGTERM);   // in case parents kill running        exit(0);    }    for(i = 0; i < NUM; ++i){        write(sockfd, sendline, LENGTH);    }    Shutdown(sockfd, SHUT_WR);    pause();}

分析如下；

1、通过子进程接受来至服务器的数据，父进程想服务器发送数据。

2、父进程发送数据完毕后，强制通过shutdown发送FIN分节，如果是调用close也仅仅只是引用计数减一

3、当子进程接收到了为0的时候，那么则数据传输完毕，子进程结束，并且发送SIGTERM给父进程

结果:传输100MB的数据在回射回来，明显效率明显高于1、2中的模型。

4、select下非堵塞IO

源代码如下:

dg_cli_nonblock01.c

#include "unp.h"#define NUM 1048576#define LENGTH 1024void str_cli(FILE *fp, int sockfd){    ssize_t n, nwritten;    char sendbuf[MAXLINE], recvbuf[MAXLINE];    int sendtotalsize = 0;    int recvtotalsize = 0;    struct timeval start, end;    gettimeofday(&start, NULL);    fd_set rset, wset;    int flag = Fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);    Fcntl(sockfd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);    int stdineof = 0;    for(;;){        FD_ZERO(&rset);        FD_ZERO(&wset);        if(stdineof == 0)   FD_SET(sockfd, &wset);        FD_SET(sockfd, &rset);        select(sockfd + 1, &rset, &wset, NULL, NULL);        if(FD_ISSET(sockfd, &rset)){            n = read(sockfd, recvbuf, MAXLINE);            if(n < 1){            if(errno != EWOULDBLOCK)                fprintf(stderr, "read error from socket.\n");            }else if(n == 0){                gettimeofday(&end, NULL);                printf("use times(s):%lf\n", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);                printf("GET: %f\n", (double)recvtotalsize/(NUM * LENGTH));                return;            }else{                recvtotalsize += n;            }        }        if(stdineof == 0 && FD_ISSET(sockfd, &wset)){ // write           nwritten = write(sockfd, sendbuf, LENGTH);           if(nwritten < 0){               if(errno != EWOULDBLOCK) fprintf(stderr, "write error to socket\n");           }else{               sendtotalsize += nwritten;               if(sendtotalsize == NUM * LENGTH){  // write 100MB data finished.                   stdineof = 1;                   shutdown(sockfd, SHUT_WR);               }           }        }    }}

分析如下:

1、代码与三中的代码区别唯一的区别就是，调用fcntl函数，设置IO类型

运行结果:从理论上的非堵塞IO的select类型的效率是明显高于堵塞IO类型的，但是实际的结果是比fork的堵塞io类型效率低，可能是因为网络负载的问题，也可能是本程序设计不够充分，有待提高。（具体分析任然还有待考验，请等待试验更新）

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