基于TCP的不同IO版本的时间性能分析

基于TCP的不同IO版本的时间性能分析

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"void
str_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 = %dn", ++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 1024
void
str_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):%lfn", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);printf("GET: %fn", (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 1024
void 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):%lfn", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);printf("GET: %fn", (double)recvtotalsize/(NUM * LENGTH));return;}else{recvtotalsize += n;}}if(stdineof == 0 && FD_ISSET(sockfd, &wset)){ // writenwritten = write(sockfd, sendbuf, LENGTH);if(nwritten < 0){if(errno != EWOULDBLOCK) fprintf(stderr, "write error to socketn");}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){// childfor(;;){if ((n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) == 0){err_quit("str_cli: server terminated prematurely");break;}else if(n < 0){fprintf(stderr, " read error from socketn");}else{total += n;if(total == NUM * LENGTH){break;}}}gettimeofday(&end, NULL);printf("use times(s):%lfn", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);printf("GET: %fn", (double)total/(NUM * LENGTH));//Fputs(recvbuf, stdout);kill(getppid(), SIGTERM);   // in case parents kill runningexit(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 1024
void 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):%lfn", (double)((end.tv_sec * 1000000 + end.tv_usec) - (start.tv_sec * 1000000 + start.tv_usec))/1000000);printf("GET: %fn", (double)recvtotalsize/(NUM * LENGTH));return;}else{recvtotalsize += n;}}if(stdineof == 0 && FD_ISSET(sockfd, &wset)){ // writenwritten = write(sockfd, sendbuf, LENGTH);if(nwritten < 0){if(errno != EWOULDBLOCK) fprintf(stderr, "write error to socketn");}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）