Nh?ng v?n ð? thi?t k? - g?i d? li?u nh? các phân ðo?n qua TCP v?i Winsock

Khi b?n c?n ph?i g?i các gói d? li?u nh? qua TCP, thi?t k? ?ng d?ng c?a b?n Winsock là ð?c bi?t quan tr?ng. M?t thi?t k? mà không ðýa vào tài kho?n týõng tác c?a s? th?a nh?n b? tr? ho?n, các thu?t toán Nagle, và Winsock ð?m m?nh có th? có hi?u l?c hi?u su?t. Bài vi?t này th?o lu?n v? nh?ng v?n ð? này, b?ng cách s? d?ng m?t vài trý?ng h?p nghiên c?u, và m?t lo?t các khuy?n ngh? cho vi?c g?i các gói d? li?u nh? m?t cách hi?u qu? t? m?t ?ng d?ng Winsock này có ngu?n g?c.

N?n

Khi m?t ch?ng Microsoft TCP nh?n ðý?c m?t gói d? li?u, m?t b? ð?m th?i gian ch?m tr? 200-ms t?t ði. Khi m?t ACK cu?i cùng g?i, b? ð?m th?i gian ch?m tr? ð?t l?i và s? b?t ð?u m?t 200-ms s? ch?m tr? khi gói d? li?u ti?p theo nh?n ðý?c. Ð? tãng hi?u qu? trong Internet và các ?ng d?ng m?ng n?i b?, ch?ng Microsoft TCP s? d?ng các tiêu chí sau ðây ð? quy?t ð?nh khi nào ð? g?i m?t ACK trên các gói d? li?u nh?n ðý?c:

• N?u gói d? li?u th? hai nh?n ðý?c trý?c khi b? ð?m th?i gian ch?m tr? h?t h?n, ACK ðý?c g?i.
• N?u không có d? li?u ðý?c g?i ði trong cùng m?t hý?ng nhý ACK trý?c khi gói d? li?u th? hai nh?n ðý?c và b? ð?m th?i gian ch?m tr? h?t h?n, ACK piggybacked v?i các phân ðo?n d? li?u và g?i ngay l?p t?c.
• Khi b? ð?m th?i gian ch?m tr? h?t h?n, ACK ðý?c g?i.

Ð? tránh vi?c các gói d? li?u nh? congest m?ng, Microsoft TCP ngãn x?p cho phép thu?t toán Nagle theo m?c ð?nh, coalesces m?t b? ð?m nh? d? li?u t? nhi?u g?i các cu?c g?i và s? ch?m tr? g?i nó cho ð?n khi m?t ACK cho gói d? li?u trý?c ðó g?i nh?n t? máy ch? t? xa. Sau ðây là hai trý?ng h?p ngo?i l? cho các thu?t toán Nagle:

• N?u ngãn x?p ð? coalesced m?t b? ð?m d? li?u l?n hõn so v?i ðõn v? truy?n t?i t?i ða (MTU), m?t gói tin có kích thý?c ð?y ð? ðý?c g?i ngay l?p t?c mà không c?n ch? ACK t? máy ch? t? xa. Trên m?t m?ng Ethernet, MTU cho TCP/IP là 1460 byte.
• Tùy ch?n ? c?m TCP_NODELAY ðý?c áp d?ng ð? vô hi?u hóa các thu?t toán Nagle v? v?y mà các gói nh? d? li?u ðý?c g?i ð?n máy ch? t? xa mà không có s? ch?m tr?.

Ð? t?i ýu hóa hi?u su?t t?i l?p ?ng d?ng, Winsock b?n b? ð?m d? li?u t? ?ng d?ng g?i cho các cu?c g?i ð?n m?t Winsock h?t nhân ð?m. Sau ðó, ngãn x?p s? d?ng ch?n ðoán riêng c?a m?nh (ví d? nhý thu?t toán Nagle) ð? xác ð?nh khi nào th?c s? ð?t gói trên dây. B?n có th? thay ð?i s? lý?ng Winsock h?t nhân ð?m ðý?c giao cho các ? c?m b?ng cách s? d?ng tùy ch?n SO_SNDBUF (nó là 8 K theo m?c ð?nh). N?u c?n thi?t, Winsock có th? ð?m ðáng k? hõn SO_SNDBUF ð?m kích thý?c. Trong h?u h?t trý?ng h?p, hoàn thành g?i trong ?ng d?ng ch? cho th?y b? ð?m d? li?u trong m?t ?ng d?ng g?i g?i sao chép vào b? ð?m Winsock h?t nhân và không ch? ra r?ng các d? li?u ð? trúng phýõng ti?n truy?n thông m?ng. Ngo?i l? duy nh?t là khi b?n vô hi?u hóa Winsock ð?m b?ng cách thi?t l?p SO_SNDBUF 0.

Winsock s? d?ng các quy t?c sau ð? ch? ra m?t hoàn thành g?i ð?n các ?ng d?ng (tùy thu?c vào cách g?i kích ho?t, thông báo hoàn thành có th? là ch?c nãng tr? v? t? m?t cu?c g?i ch?n, báo hi?u m?t s? ki?n ho?c g?i ði?n tho?i m?t ch?c nãng thông báo, và vv):

• N?u các ? c?m là v?n c?n trong SO_SNDBUF h?n ng?ch, Winsock sao chép d? li?u t? ?ng d?ng g?i và cho bi?t vi?c hoàn thành g?i t?i ?ng d?ng.
• N?u các ? c?m vý?t quá h?n ng?ch SO_SNDBUF và không ch? có m?t g?i trý?c ðó buffered v?n c?n trong b? ð?m h?t nhân stack, Winsock sao chép d? li?u t? ?ng d?ng g?i và cho bi?t vi?c hoàn thành g?i t?i ?ng d?ng.
• N?u các ? c?m vý?t quá h?n ng?ch SO_SNDBUF và có nhi?u hõn m?t trong nh?ng trý?c ðây buffered g?i trong vùng ð?m h?t nhân stack, Winsock sao chép d? li?u t? ?ng d?ng g?i. Winsock không ch? ra hoàn thành g?i ð?n các ?ng d?ng cho ð?n khi ngãn x?p hoàn thành ð? g?i ð? ð?t các ? c?m tr? l?i trong SO_SNDBUF h?n ng?ch ho?c ch? có m?t ði?u ki?n xu?t s?c g?i.

Trý?ng h?p nghiên c?u 1

T?ng quan:

M?t khách hàng Winsock TCP c?n ph?i g?i h? sõ 10000 Winsock TCP trên máy ch? ð? lýu tr? trong cõ s? d? li?u. Kích thý?c c?a các h? sõ khác nhau t? 20 byte 100 byte dài. Ð? ðõn gi?n hóa logic ?ng d?ng, thi?t k? là nhý sau:

• Khách hàng hi?n ch?n g?i ch?. H? ph?c v? hi?n ch?n recv ch?.
• ? c?m khách hàng ð?t SO_SNDBUF 0 ð? cho m?i h? sõ ði ra ngoài trong m?t phân ðo?n d? li?u duy nh?t.
• Nh?n các cu?c g?i h? ph?c v? trong m?t v?ng l?p. B? ð?m ðãng trong recv là 200 byte do ðó m?i b?n ghi có th? nh?n ðý?c trong m?t nh?n cu?c g?i.

Hi?u su?t:

Trong th?i gian th? nghi?m, các nhà phát tri?n th?y khách hàng ch? có th? g?i h? sõ nãm / giây ð?n máy ch?. Các h? sõ 10000 t?ng, t?i ða lúc 976 K byte d? li?u (10000 * 100 / 1024), ph?i m?t hõn m?t n?a gi? ð? g?i t?i h? ph?c v?.

Phân tích:

B?i v? khách hàng không ð?t tùy ch?n TCP_NODELAY, thu?t toán Nagle l?c lý?ng ch?ng TCP ch? ð?i cho m?t ACK trý?c khi nó có th? g?i m?t gói vào dây. Tuy nhiên, các khách hàng ð? vô hi?u hoá Winsock ð?m b?ng cách thi?t l?p các tùy ch?n SO_SNDBUF-0. V? v?y, các 10000 g?i các cu?c g?i có th? ðý?c g?i và ACK'ed riêng r?. M?i ACK là b? tr? ho?n 200-ms v? sau ðây x?y ra trên ch?ng TCP c?a máy ch?:

• Khi máy ch? ðý?c m?t gói d? li?u, b? ð?m th?i gian ch?m tr? 200-ms t?t ði.
• Các máy ch? không c?n ph?i g?i b?t c? ði?u g? tr? l?i, do ðó, ACK không th? ðý?c piggybacked.
• Khách hàng s? không g?i m?t gói tr? khi gói d? li?u trý?c ðó ðý?c th?a nh?n.
• B? ð?m th?i gian ch?m tr? trên máy ch? h?t h?n và ACK ðý?c g?i tr? l?i.

Làm th? nào ð? c?i thi?n:

Có hai v?n ð? v?i thi?t k? này. Ð?u tiên, không có v?n ð? b? ð?m th?i gian ch?m tr?. Khách hàng c?n ð? có th? g?i các gói d? li?u hai ð?n máy ch? trong 200-ms. v? khách hàng s? d?ng các thu?t toán Nagle theo m?c ð?nh, nó nên ch? c?n s? d?ng m?c ð?nh Winsock ð?m và không thi?t l?p SO_SNDBUF 0. Sau khi ch?ng TCP có coalesced m?t b? ð?m l?n hõn so v?i ðõn v? truy?n t?i t?i ða (MTU), m?t gói tin có kích thý?c ð?y ð? g?i ngay l?p t?c mà không c?n ch? ACK t? máy ch? t? xa.

Th? hai, thi?t k? này kêu m?t g?i m?i h? sõ nhý v?y kích thý?c nh?. G?i ði?u này nh? kích thý?c không ph?i là r?t hi?u qu?. Trong trý?ng h?p này, các nhà phát tri?n có th? mu?n pad m?i h? sõ ð?n 100 byte và g?i h? sõ 80 t?i m?t th?i gian t? m?t khách hàng g?i g?i. Ð? cho máy ch? bi?t làm th? nào nhi?u h? sõ s? ðý?c g?i trong t?ng s?, khách hàng có th? mu?n b?t ð?u giao ti?p v?i m?t tiêu ð? có kích thý?c s?a ch?a có ch?a s? lý?ng h? sõ ð? làm theo.

Nghiên c?u trý?ng h?p 2

T?ng quan:

M?t ?ng d?ng khách Winsock TCP m? hai k?t n?i v?i m?t ?ng d?ng máy ch? Winsock TCP cung c?p d?ch v? báo giá c? phi?u. K?t n?i ð?u tiên ðý?c s? d?ng nhý m?t kênh l?nh g?i bi?u tý?ng c? cho h? ph?c v?. K?t n?i th? hai ðý?c s? d?ng nhý m?t kênh d? li?u nh?n ðý?c báo giá c? phi?u. Sau khi hai k?t n?i ð? ðý?c thi?t l?p, khách hàng s? g?i m?t bi?u tý?ng c? cho h? ph?c v? thông qua các kênh l?nh và ch? ð?i cho báo giá c? phi?u ð? tr? l?i thông qua các kênh d? li?u. Nó s? g?i yêu c?u bi?u tý?ng c? ph?n ti?p theo t?i h? ph?c v? ch? sau khi các c? phi?u báo ð?u tiên ð? ðý?c nh?n. Máy khách và máy ch? không ð?t tùy ch?n SO_SNDBUF và TCP_NODELAY.

Hi?u su?t:

Trong th?i gian th? nghi?m, các nhà phát tri?n th?y khách hàng ch? có th? nh?n ðý?c báo giá nãm / giây.

Phân tích:

Thi?t k? này ch? cho phép m?t trong nh?ng xu?t s?c c? phi?u báo yêu c?u m?t lúc. K? hi?u ch?ng khoán ð?u tiên ðý?c g?i ð?n máy ch? thông qua các l?nh kênh (k?t n?i) và m?t ph?n ?ng ngay l?p t?c ðý?c g?i v? t? h? ph?c v? cho khách hàng trên kênh d? li?u (k?t n?i). Sau ðó, khách hàng ngay l?p t?c s? g?i yêu c?u bi?u tý?ng c? phi?u th? hai và g?i tr? l?i ngay l?p t?c nhý ð?m yêu c?u g?i g?i sao chép vào b? ð?m Winsock h?t nhân. Tuy nhiên, ch?ng TCP khách hàng không th? g?i yêu c?u t? b? ð?m h?t nhân c?a nó ngay l?p t?c v? là ngý?i ð?u tiên g?i qua kênh l?nh không ðý?c th?a nh?n ðý?c nêu ra. Sau khi 200-ms tr? ho?n h?n gi? t?i máy ch? l?nh kênh h?t h?n, ACK cho yêu c?u k? hi?u ð?u tiên tr? l?i cho khách hàng. Sau ðó, theo yêu c?u báo giá th? hai thành công ðý?c g?i ð?n máy ch? sau khi b? tr? ho?n cho 200-bà trích d?n cho bi?u tý?ng c? phi?u th? hai tr? l?i ngay l?p t?c thông qua các kênh d? li?u v?, vào th?i gian này, b? ð?m th?i gian ch?m tr? lúc kênh d? li?u khách hàng ð? h?t h?n. M?t ACK cho ph?n ?ng báo trý?c ðó ðý?c nh?n b?i các máy ch?. (H?y nh? r?ng khách hàng có th? không g?i m?t yêu c?u báo giá c? phi?u th? hai cho 200-ms, do ðó ðýa ra th?i gian cho h?n gi? ch?m tr? trên máy khách ð? h?t h?n và g?i m?t ACK ð?n máy ch?.) Do ðó, khách hàng ðý?c ph?n ?ng báo th? hai và có th? v?n ð? m?t yêu c?u báo giá, ðó là tùy thu?c vào cùng m?t chu k?.

Làm th? nào ð? c?i thi?n:

Thi?t k? hai k?t n?i (kênh) là không c?n thi?t ? ðây. N?u b?n s? d?ng ch? có m?t k?t n?i cho các yêu c?u báo giá c? phi?u và ph?n ?ng, ACK báo yêu c?u có th? ðý?c piggybacked trên báo ph?n ?ng và tr? l?i ngay l?p t?c. Ð? ti?p t?c c?i thi?n hi?u su?t, khách hàng có th? "kích" yêu c?u báo giá c? phi?u nhi?u vào m?t trong nh?ng cu?c g?i g?i ð?n máy ch? và máy ch? có th? c?ng "kích" nhi?u báo ph?n ?ng vào m?t cu?c g?i g?i cho khách hàng. N?u thi?t k? hai unidirectional kênh là th?c s? c?n thi?t cho m?t s? l? do, c? hai bên nên ð?t tùy ch?n TCP_NODELAY ð? các gói d? li?u nh? có th? ðý?c g?i ngay l?p t?c mà không c?n ph?i ch? ð?i cho m?t ACK cho gói d? li?u trý?c ðó.

Khuy?n ngh?:

Trong khi các nghiên c?u trý?ng h?p hai ðý?c ch? t?o, h? giúp ð? minh h?a m?t s? k?ch b?n trý?ng h?p x?u nh?t. Khi b?n thi?t k? ?ng d?ng có liên quan ð?n r?ng r?i cho d? li?u nh? phân khúc s? g?i và recvs, b?n nên xem xét các nguyên t?c sau ðây:

• N?u d? li?u phân ðo?n là không th?i gian quan tr?ng, các ?ng d?ng nên Liên Hi?p chúng thành m?t kh?i d? li?u l?n hõn ð? vý?t qua m?t cu?c g?i g?i. B?i v? các b? ð?m g?i có kh? nãng ðý?c sao chép vào Winsock h?t nhân ð?m, b? ð?m không nên quá l?n. M?t chút ít hõn 8 K là thý?ng có hi?u qu?. Mi?n là h?t nhân Winsock ðý?c m?t kh?i l?n hõn MTU, nó s? g?i ra nhi?u các gói tin có kích thý?c ð?y ð? và m?t gói cu?i cùng v?i b?t c? ði?u g? c?n l?i. ? phía bên g?i, ngo?i tr? gói d? li?u qua, s? không ðý?c trúng b? ð?m th?i gian ch?m tr? 200-ms. Gói cu?i, n?u nó x?y ra cho là m?t gói d? li?u ðánh s? l?, là v?n c?n tùy thu?c vào thu?t toán th?a nh?n b? tr? ho?n. N?u ngãn x?p cu?i g?i ðý?c m?t kh?i l?n hõn MTU, nó v?n c?n có th? b? qua các thu?t toán Nagle.
• N?u có th?, tránh các k?t n?i ? c?m v?i d? li?u unidirectional ch?y. Liên l?c trên ? c?m unidirectional là nhi?u hõn n?a d? dàng b? ?nh hý?ng b?i Nagle và b? tr? ho?n s? th?a nh?n các thu?t toán. N?u các giao ti?p sau m?t yêu c?u và m?t d?ng ch?y ph?n ?ng, b?n nên s? d?ng m?t ? c?m duy nh?t ð? làm c? g?i và recvs, do ðó ACK piggybacked vào các ph?n ?ng.
• N?u t?t c? các phân ðo?n d? li?u nh? ð? ðý?c g?i ði ngay l?p t?c, ð?t tùy ch?n TCP_NODELAY vào cu?i g?i.
• Tr? khi b?n mu?n ð?m b?o m?t gói d? li?u ðý?c g?i trên dây khi g?i m?t hoàn thành ðý?c ch? ð?nh b?i Winsock, b?n không nên ð?t SO_SNDBUF b?ng không. Trong th?c t?, các b? ð?m 8 K m?c ð?nh ð? ðý?c xác ð?nh nh? làm vi?c t?t cho h?u h?t các t?nh hu?ng và b?n nên không thay ð?i nó tr? khi b?n ð? th? nghi?m c?a b?n thi?t l?p b? ð?m Winsock m?i mang ð?n cho b?n hi?u su?t t?t hõn so v?i m?c ð?nh. Ngoài ra, thi?t l?p SO_SNDBUF 0 là ch? y?u mang l?i l?i ích cho các ?ng d?ng mà s? lý?ng l?n d? li?u chuy?n giao. Th?m chí sau ðó, cho hi?u qu? t?i ða b?n nên s? d?ng nó k?t h?p v?i ðôi ð?m (nhi?u hõn m?t xu?t s?c g?i t?i b?t k? th?i gian nh?t ð?nh) và ch?ng chéo I/O.
• N?u vi?c cung c?p d? li?u không ph?i ðý?c ð?m b?o, s? d?ng UDP.

Ð? bi?t thêm chi ti?t v? s? th?a nh?n tr? ho?n và thu?t toán Nagle, xin vui l?ng xem dý?i ðây:

Braden, R. [1989], RFC 1122, yêu c?u cho Internet Hosts--giao ti?p l?p, Internet Engineering Task Force.