socket緩沖區以及阻塞模式


socket緩沖區

每個 socket 被創建后,都會分配兩個緩沖區,輸入緩沖區和輸出緩沖區。

write()/send() 並不立即向網絡中傳輸數據,而是先將數據寫入緩沖區中,再由TCP協議將數據從緩沖區發送到目標機器。一旦將數據寫入到緩沖區,函數就可以成功返回,不管它們有沒有到達目標機器,也不管它們何時被發送到網絡,這些都是TCP協議負責的事情。

TCP協議獨立於 write()/send() 函數,數據有可能剛被寫入緩沖區就發送到網絡,也可能在緩沖區中不斷積壓,多次寫入的數據被一次性發送到網絡,這取決於當時的網絡情況、當前線程是否空閑等諸多因素,不由程序員控制。

read()/recv() 函數也是如此,也從輸入緩沖區中讀取數據,而不是直接從網絡中讀取。


圖:TCP套接字的I/O緩沖區示意圖


這些I/O緩沖區特性可整理如下:

  • I/O緩沖區在每個TCP套接字中單獨存在;
  • I/O緩沖區在創建套接字時自動生成;
  • 即使關閉套接字也會繼續傳送輸出緩沖區中遺留的數據;
  • 關閉套接字將丟失輸入緩沖區中的數據。


輸入輸出緩沖區的默認大小一般都是 8K,可以通過 getsockopt() 函數獲取:

  1. unsigned optVal;
  2. int optLen = sizeof(int);
  3. getsockopt(servSock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&optVal, &optLen);
  4. printf("Buffer length: %d\n", optVal);

運行結果:
Buffer length: 8192

這里僅給出示例,后面會詳細講解。

阻塞模式

對於TCP套接字(默認情況下),當使用 write()/send() 發送數據時:
1) 首先會檢查緩沖區,如果緩沖區的可用空間長度小於要發送的數據,那么 write()/send() 會被阻塞(暫停執行),直到緩沖區中的數據被發送到目標機器,騰出足夠的空間,才喚醒 write()/send() 函數繼續寫入數據。

2) 如果TCP協議正在向網絡發送數據,那么輸出緩沖區會被鎖定,不允許寫入,write()/send() 也會被阻塞,直到數據發送完畢緩沖區解鎖,write()/send() 才會被喚醒。

3) 如果要寫入的數據大於緩沖區的最大長度,那么將分批寫入。

4) 直到所有數據被寫入緩沖區 write()/send() 才能返回。

當使用 read()/recv() 讀取數據時:
1) 首先會檢查緩沖區,如果緩沖區中有數據,那么就讀取,否則函數會被阻塞,直到網絡上有數據到來。

2) 如果要讀取的數據長度小於緩沖區中的數據長度,那么就不能一次性將緩沖區中的所有數據讀出,剩余數據將不斷積壓,直到有 read()/recv() 函數再次讀取。

3) 直到讀取到數據后 read()/recv() 函數才會返回,否則就一直被阻塞。

這就是TCP套接字的阻塞模式。所謂阻塞,就是上一步動作沒有完成,下一步動作將暫停,直到上一步動作完成后才能繼續,以保持同步性。

TCP套接字默認情況下是阻塞模式,也是最常用的。當然你也可以更改為非阻塞模式


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