c++ - 无法使用 boost asio TCP 套接字解释带宽性能差

Question

下面是我写的一个简单的TCP服务器和匹配客户端开始练习boost的asio库的例子，Example TCP Client/Server .

• 客户端简单地连接并尽可能快地从内存缓冲区发送数据。
• 服务器仅监听消息并打印它从完整消息中获得的字节数。

仅此而已 - 仅此而已。 Booth 示例在几个线程上运行，大部分使用默认设置，没有随意放置的 sleep 可能会把事情搞砸......它们真的很容易理解，除了直接调用 boost 目标之外几乎没有其他隔离问题。

问题是，客户端的输出如下:

兆字节/秒:51.648908，千兆字节/秒:0.051649，兆字节/秒:413.191267，千兆字节/秒:0.413191

注意事项:

• 我现在正在用电池供电来运行我的笔记本电脑。如果我将它插入电源插孔，它会跳到 ~0.7 Gbits/sec。
• 我尝试将 2048 字节的小消息发送到当前的 8 MB 消息。
• 我试过启用和禁用 nagle 算法。
• 我试过调整发送和接收操作系统缓冲区的大小。
• 所有这些都通过环回运行，127.0.0.1。
• 通过 Wireshark 监控环回显示相同的低带宽使用率。

促使我写这个问题的实际点是这个。 iperf tool能够通过本地主机使用 TCP 实现 33.0 Gbits/sec。

$ iperf --client 127.0.0.1
------------------------------------------------------------
Client connecting to 127.0.0.1, TCP port 5001
TCP window size: 2.50 MByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 127.0.0.1 port 41952 connected with 127.0.0.1 port 5001
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-10.0 sec  38.4 GBytes  33.0 Gbits/sec

所有关于“TCP 提升 asio 性能”的搜索都倾向于以禁用 nagle 或调整操作系统套接字缓冲区的建议结束。

如果有人能指出正确的方向来理解为什么我使用 boost asio 获得如此低的带宽性能，我将不胜感激!

Answer 1

首先让我指出你做这种测试的错误之处。

1. 手动设置 TCP 缓冲区大小

最好留给 TCP 算法找出最佳大小。这通常是在 TCP slow-start 阶段确定的，在此阶段 TCP 算法最终根据拥塞情况决定最佳可能的 window-size。由于我们使用的是本地主机，而且点对点连接也没有任何网络组件之间的连接，因此拥塞将接近于零。

1. 启用 Nagles 算法

这实际上并不需要，因为您发送的不是短长度的帧数据包。通常在那时打开 Nagles 会给您带来一些延迟的好处(对于吞吐量，我不太确定是否会有任何改进)。

1. 服务器端不需要的处理

我看到您正在遍历接收到的缓冲区并进行某种无意义的检查。 iperf 肯定不会那样做。我已经注释掉了那部分代码。

1. 接收应用程序缓冲区大小

我不知道，但出于某种原因，您选择每次接收只读取 2048 字节。有什么特别的原因吗？我已将其改回客户所写的实际大小。您可能只是在服务器接收部分排队更多数据。

新服务器代码:

#include <thread>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <signal.h>
#include <asio.hpp>
#include <system_error>

namespace
{
bool keepGoing = true;
void shutdown(int)
{
        keepGoing = false;
}

std::size_t bytesAccum = 0;
void justReceive(std::error_code ec, std::size_t bytesReceived,
    asio::ip::tcp::socket &socket, std::vector<unsigned char> &buffer)
{
        bytesAccum += bytesReceived;
/*
        auto end = buffer.begin() + bytesReceived;
        for (auto it = buffer.begin(); it != end; ++it)
        {
                if (*it == 'e')
                {
                        std::printf("server got: %lu\n", bytesAccum);
                        bytesAccum = 0;
                }
        }
*/
        socket.async_receive(
            asio::buffer(buffer),
            0,
            [&] (auto ec, auto bytes) {
              justReceive(ec, bytes, socket, buffer);
            });
}
}

int main(int, char **)
{
        signal(SIGINT, shutdown);

        asio::io_service io;
        asio::io_service::work work(io);

        std::thread t1([&]() { io.run(); });
        std::thread t2([&]() { io.run(); });
        std::thread t3([&]() { io.run(); });
        std::thread t4([&]() { io.run(); });

        asio::ip::tcp::acceptor acceptor(io,
            asio::ip::tcp::endpoint(
                asio::ip::address::from_string("127.0.0.1"), 1234));
        asio::ip::tcp::socket socket(io);

        // accept 1 client
        std::vector<unsigned char> buffer(131072, 0);
        acceptor.async_accept(socket, [&socket, &buffer](std::error_code ec)
        {
            // options
            //socket.set_option(asio::ip::tcp::no_delay(true)); 
            //socket.set_option(asio::socket_base::receive_buffer_size(8192  * 2));
            //socket.set_option(asio::socket_base::send_buffer_size(8192));

            socket.async_receive(
                asio::buffer(buffer),
                0,
                [&](auto ec, auto bytes) {
                  justReceive(ec, bytes, socket, buffer);
                });
        });

        while (keepGoing)
        {
                std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        }

        io.stop();

        t1.join();
        t2.join();
        t3.join();
        t4.join();

        std::printf("server: goodbye\n");
}

新客户端代码:

#include <thread>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <signal.h>
#include <asio.hpp>
#include <system_error>

namespace
{
bool keepGoing = true;
void shutdown(int) { keepGoing = false; }
}

int main(int, char **)
{
        signal(SIGINT, shutdown);

        asio::io_service io;
        asio::io_service::work work(io);

        std::thread t1([&]() { io.run(); });
        std::thread t2([&]() { io.run(); });
        std::thread t3([&]() { io.run(); });
        std::thread t4([&]() { io.run(); });

        asio::ip::tcp::socket socket(io);
        auto endpoint = asio::ip::tcp::resolver(io).resolve({ 
            "127.0.0.1", "1234" });
        asio::connect(socket, endpoint);

        // options to test
        //socket.set_option(asio::ip::tcp::no_delay(true)); 
        //socket.set_option(asio::socket_base::receive_buffer_size(8192));
        //socket.set_option(asio::socket_base::send_buffer_size(8192 * 2));

        std::vector<unsigned char> buffer(131072, 0);
        buffer.back() = 'e';

        std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> last = 
            std::chrono::system_clock::now();

        std::chrono::duration<double> delta = std::chrono::seconds(0);

        std::size_t bytesSent = 0;

        while (keepGoing)
        {
                // blocks during send
                asio::write(socket, asio::buffer(buffer));
                //socket.send(asio::buffer(buffer));

                // accumulate bytes sent
                bytesSent += buffer.size();

                // accumulate time spent sending
                delta += std::chrono::system_clock::now() - last;
                last = std::chrono::system_clock::now();

                // print information periodically
                if (delta.count() >= 5.0) 
                {
                        std::printf("Mbytes/sec: %f, Gbytes/sec: %f, Mbits/sec: %f, Gbits/sec: %f\n",
                                    bytesSent / 1.0e6 / delta.count(),
                                    bytesSent / 1.0e9 / delta.count(),
                                    8 * bytesSent / 1.0e6 / delta.count(),
                                    8 * bytesSent / 1.0e9 / delta.count());

                        // reset accumulators
                        bytesSent = 0;
                        delta = std::chrono::seconds(0);
                }
        }

        io.stop();

        t1.join();
        t2.join();
        t3.join();
        t4.join();

        std::printf("client: goodbyte\n");
}

注意:我使用的是 asio 的独立版本，但 OP 报告的结果在我的机器上是可重现的:

MacBook Pro Yosemite - 2.6 GHz Intel Core i5 处理器 - 8GB DDR3 内存 .