udp测速代码(udp协议怎么测试)
admin 发布:2022-12-19 18:25 168
本篇文章给大家谈谈udp测速代码,以及udp协议怎么测试对应的知识点,希望对各位有所帮助,不要忘了收藏本站喔。
本文目录一览:
有没有windows下c语言实现udp协议的代码
Windows下C语言的Socket编程例子(TCP和UDP)
一。 TCP
server端:
复制代码
1 #include "stdafx.h"
2 #include stdio.h
3 #include winsock2.h
4
5 #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
6
7 int main(int argc, char* argv[])
8 {
9 //初始化WSA
10 WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);
11 WSADATA wsaData;
12 if(WSAStartup(sockVersion, wsaData)!=0)
13 {
14 return 0;
15 }
16
17 //创建套接字
18 SOCKET slisten = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
19 if(slisten == INVALID_SOCKET)
20 {
21 printf("socket error !");
22 return 0;
23 }
24
25 //绑定IP和端口
26 sockaddr_in sin;
27 sin.sin_family = AF_INET;
28 sin.sin_port = htons(8888);
29 sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
30 if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
31 {
32 printf("bind error !");
33 }
34
35 //开始监听
36 if(listen(slisten, 5) == SOCKET_ERROR)
37 {
38 printf("listen error !");
39 return 0;
40 }
41
42 //循环接收数据
43 SOCKET sClient;
44 sockaddr_in remoteAddr;
45 int nAddrlen = sizeof(remoteAddr);
46 char revData[255];
47 while (true)
48 {
49 printf("等待连接...\n");
50 sClient = accept(slisten, (SOCKADDR *)remoteAddr, nAddrlen);
51 if(sClient == INVALID_SOCKET)
52 {
53 printf("accept error !");
54 continue;
55 }
56 printf("接受到一个连接:%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));
57
58 //接收数据
59 int ret = recv(sClient, revData, 255, 0);
60 if(ret 0)
61 {
62 revData[ret] = 0x00;
63 printf(revData);
64 }
65
66 //发送数据
67 char * sendData = "你好,TCP客户端!\n";
68 send(sClient, sendData, strlen(sendData), 0);
69 closesocket(sClient);
70 }
71
72 closesocket(slisten);
73 WSACleanup();
74 return 0;
75 }
复制代码
client端:
复制代码
1 #include "stdafx.h"
2 #include WINSOCK2.H
3 #include STDIO.H
4
5 #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
6
7
8 int main(int argc, char* argv[])
9 {
10 WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);
11 WSADATA data;
12 if(WSAStartup(sockVersion, data) != 0)
13 {
14 return 0;
15 }
16
17 SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
18 if(sclient == INVALID_SOCKET)
19 {
20 printf("invalid socket !");
21 return 0;
22 }
23
24 sockaddr_in serAddr;
25 serAddr.sin_family = AF_INET;
26 serAddr.sin_port = htons(8888);
27 serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
28 if (connect(sclient, (sockaddr *)serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR)
29 {
30 printf("connect error !");
31 closesocket(sclient);
32 return 0;
33 }
34 char * sendData = "你好,TCP服务端,我是客户端!\n";
35 send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);
36
37 char recData[255];
38 int ret = recv(sclient, recData, 255, 0);
39 if(ret 0)
40 {
41 recData[ret] = 0x00;
42 printf(recData);
43 }
44 closesocket(sclient);
45 WSACleanup();
46 return 0;
47 }
复制代码
二. UDP
SERVER 端
复制代码
1 #include "stdafx.h"
2 #include stdio.h
3 #include winsock2.h
4
5 #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
6
7 int main(int argc, char* argv[])
8 {
9 WSADATA wsaData;
10 WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);
11 if(WSAStartup(sockVersion, wsaData) != 0)
12 {
13 return 0;
14 }
15
16 SOCKET serSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
17 if(serSocket == INVALID_SOCKET)
18 {
19 printf("socket error !");
20 return 0;
21 }
22
23 sockaddr_in serAddr;
24 serAddr.sin_family = AF_INET;
25 serAddr.sin_port = htons(8888);
26 serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
27 if(bind(serSocket, (sockaddr *)serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR)
28 {
29 printf("bind error !");
30 closesocket(serSocket);
31 return 0;
32 }
33
34 sockaddr_in remoteAddr;
35 int nAddrLen = sizeof(remoteAddr);
36 while (true)
37 {
38 char recvData[255];
39 int ret = recvfrom(serSocket, recvData, 255, 0, (sockaddr *)remoteAddr, nAddrLen);
40 if (ret 0)
41 {
42 recvData[ret] = 0x00;
43 printf("接受到一个连接:%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));
44 printf(recvData);
45 }
46
47 char * sendData = "一个来自服务端的UDP数据包\n";
48 sendto(serSocket, sendData, strlen(sendData), 0, (sockaddr *)remoteAddr, nAddrLen);
49
50 }
51 closesocket(serSocket);
52 WSACleanup();
53 return 0;
54 }
复制代码
CLIENT 端
复制代码
1 #include "stdafx.h"
2 #include stdio.h
3 #include winsock2.h
4
5 #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
6
7 int main(int argc, char* argv[])
8 {
9 WORD socketVersion = MAKEWORD(2,2);
10 WSADATA wsaData;
11 if(WSAStartup(socketVersion, wsaData) != 0)
12 {
13 return 0;
14 }
15 SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
16
17 sockaddr_in sin;
18 sin.sin_family = AF_INET;
19 sin.sin_port = htons(8888);
20 sin.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
21 int len = sizeof(sin);
22
23 char * sendData = "来自客户端的数据包.\n";
24 sendto(sclient, sendData, strlen(sendData), 0, (sockaddr *)sin, len);
25
26 char recvData[255];
27 int ret = recvfrom(sclient, recvData, 255, 0, (sockaddr *)sin, len);
28 if(ret 0)
29 {
30 recvData[ret] = 0x00;
31 printf(recvData);
32 }
33
34 closesocket(sclient);
35 WSACleanup();
36 return 0;
37 }
用DatagramPacket测试UDP通信
使用DatagramSocket和DatagramPacket
其中DatagramSocket使用一个发送的端口号
DatagramPacket的参数
DatagramPacket(bytes[] bytes,int bytes[].length,InetAddress ip, int port);里的port就是目标端口
要向两个端口号发送,需要创建两个DatagramPacket,分别填写两个IP地址和端口号,并用DatagramSocket发送。
另外两个端口需要做监听
要注意ip要为局域网可以畅通无阻,广域网可能导致网管阻止
下面是个例子,发两遍即可。
int SERVER_PORT=7000;
String severIp="192.168.1.100";
DatagramSocket clientSocket;
try
{
InetAddress local = InetAddress.getByName(severIp);
DatagramPacket dPacket;
clientSocket = new DatagramSocket;
dPacket = new DatagramPacket("Hello".getBytes("utf-8"),"Hello".getBytes("utf-8").length,
local, SERVER_PORT);
clientSocket.send(dPacket);//这里是发送
byte[] msg = new byte[11246];
DatagramPacket rPacket = new DatagramPacket(msg, msg.length);
clientSocket.receive(rPacket);//这里是接收监听
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
clientSocket.close();
在Linux 上,编写一个每秒接收 100万UDP数据包的程序究竟有多难
首先,我们假设:
测量每秒的数据包(pps)比测量每秒字节数(Bps)更有意思。您可以通过更好的管道输送以及发送更长数据包来获取更高的Bps。而相比之下,提高pps要困难得多。
因为我们对pps感兴趣,我们的实验将使用较短的 UDP 消息。准确来说是 32 字节的 UDP 负载,这相当于以太网层的 74 字节。
在实验中,我们将使用两个物理服务器:“接收器”和“发送器”。
它们都有两个六核2 GHz的 Xeon处理器。每个服务器都启用了 24 个处理器的超线程(HT),有 Solarflare 的 10G 多队列网卡,有 11 个接收队列配置。稍后将详细介绍。
测试程序的源代码分别是:udpsender、udpreceiver。
预备知识
我们使用4321作为UDP数据包的端口,在开始之前,我们必须确保传输不会被iptables干扰:
Shell
receiver$ iptables -I INPUT 1 -p udp --dport 4321 -j ACCEPT
receiver$ iptables -t raw -I PREROUTING 1 -p udp --dport 4321 -j NOTRACK
为了后面测试方便,我们显式地定义IP地址:
Shell
receiver$ for i in `seq 1 20`; do
ip addr add 192.168.254.$i/24 dev eth2;
done
sender$ ip addr add 192.168.254.30/24 dev eth3
1. 简单的方法
开始我们做一些最简单的试验。通过简单地发送和接收,有多少包将会被传送?
模拟发送者的伪代码:
Python
fd = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
fd.bind(("0.0.0.0", 65400)) # select source port to reduce nondeterminism
fd.connect(("192.168.254.1", 4321))
while True:
fd.sendmmsg(["x00" * 32] * 1024)
因为我们使用了常见的系统调用的send,所以效率不会很高。上下文切换到内核代价很高所以最好避免它。幸运地是,最近Linux加入了一个方便的系统调用叫sendmmsg。它允许我们在一次调用时,发送很多的数据包。那我们就一次发1024个数据包。
模拟接受者的伪代码:
Python
fd = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
fd.bind(("0.0.0.0", 4321))
while True:
packets = [None] * 1024
fd.recvmmsg(packets, MSG_WAITFORONE)
同样地,recvmmsg 也是相对于常见的 recv 更有效的一版系统调用。
让我们试试吧:
Shell
sender$ ./udpsender 192.168.254.1:4321
receiver$ ./udpreceiver1 0.0.0.0:4321
0.352M pps 10.730MiB / 90.010Mb
0.284M pps 8.655MiB / 72.603Mb
0.262M pps 7.991MiB / 67.033Mb
0.199M pps 6.081MiB / 51.013Mb
0.195M pps 5.956MiB / 49.966Mb
0.199M pps 6.060MiB / 50.836Mb
0.200M pps 6.097MiB / 51.147Mb
0.197M pps 6.021MiB / 50.509Mb
测试发现,运用最简单的方式可以实现 197k – 350k pps。看起来还不错嘛,但不幸的是,很不稳定啊,这是因为内核在核之间交换我们的程序,那我们把进程附在 CPU 上将会有所帮助
Shell
sender$ taskset -c 1 ./udpsender 192.168.254.1:4321
receiver$ taskset -c 1 ./udpreceiver1 0.0.0.0:4321
0.362M pps 11.058MiB / 92.760Mb
0.374M pps 11.411MiB / 95.723Mb
0.369M pps 11.252MiB / 94.389Mb
0.370M pps 11.289MiB / 94.696Mb
0.365M pps 11.152MiB / 93.552Mb
0.360M pps 10.971MiB / 92.033Mb
现在内核调度器将进程运行在特定的CPU上,这提高了处理器缓存,使数据更加一致,这就是我们想要的啊!
2. 发送更多的数据包
虽然 370k pps 对于简单的程序来说已经很不错了,但是离我们 1Mpps 的目标还有些距离。为了接收更多,首先我们必须发送更多的包。那我们用独立的两个线程发送,如何呢:
Shell
sender$ taskset -c 1,2 ./udpsender
192.168.254.1:4321 192.168.254.1:4321
receiver$ taskset -c 1 ./udpreceiver1 0.0.0.0:4321
0.349M pps 10.651MiB / 89.343Mb
0.354M pps 10.815MiB / 90.724Mb
0.354M pps 10.806MiB / 90.646Mb
0.354M pps 10.811MiB / 90.690Mb
接收一端的数据没有增加,ethtool –S 命令将显示数据包实际上都去哪儿了:
Shell
receiver$ watch 'sudo ethtool -S eth2 |grep rx'
rx_nodesc_drop_cnt: 451.3k/s
rx-0.rx_packets: 8.0/s
rx-1.rx_packets: 0.0/s
rx-2.rx_packets: 0.0/s
rx-3.rx_packets: 0.5/s
rx-4.rx_packets: 355.2k/s
rx-5.rx_packets: 0.0/s
rx-6.rx_packets: 0.0/s
rx-7.rx_packets: 0.5/s
rx-8.rx_packets: 0.0/s
rx-9.rx_packets: 0.0/s
rx-10.rx_packets: 0.0/s
通过这些统计,NIC 显示 4 号 RX 队列已经成功地传输大约 350Kpps。rx_nodesc_drop_cnt 是 Solarflare 特有的计数器,表明NIC发送到内核未能实现发送 450kpps。
有时候,这些数据包没有被发送的原因不是很清晰,然而在我们这种情境下却很清楚:4号RX队列发送数据包到4号CPU,然而4号CPU已经忙不过来了,因为它最忙也只能读350kpps。在htop中显示为:
多队列 NIC 速成课程
从历史上看,网卡拥有单个RX队列,用于硬件和内核之间传递数据包。这样的设计有一个明显的限制,就是不可能比单个CPU处理更多的数据包。
为了利用多核系统,NIC开始支持多个RX队列。这种设计很简单:每个RX队列被附到分开的CPU上,因此,把包送到所有的RX队列网卡可以利用所有的CPU。但是又产生了另一个问题:对于一个数据包,NIC怎么决定把它发送到哪一个RX队列?
用 Round-robin 的方式来平衡是不能接受的,因为这有可能导致单个连接中数据包的重排序。另一种方法是使用数据包的hash值来决定RX号码。Hash值通常由一个元组(源IP,目标IP,源port,目标port)计算而来。这确保了从一个流产生的包将最终在完全相同的RX队列,并且不可能在一个流中重排包。
在我们的例子中,hash值可能是这样的:
Shell
1
RX_queue_number = hash('192.168.254.30', '192.168.254.1', 65400, 4321) % number_of_queues
多队列 hash 算法
Hash算法通过ethtool配置,设置如下:
Shell
receiver$ ethtool -n eth2 rx-flow-hash udp4
UDP over IPV4 flows use these fields for computing Hash flow key:
IP SA
IP DA
对于IPv4 UDP数据包,NIC将hash(源 IP,目标 IP)地址。即
Shell
1
RX_queue_number = hash('192.168.254.30', '192.168.254.1') % number_of_queues
这是相当有限的,因为它忽略了端口号。很多NIC允许自定义hash。再一次,使用ethtool我们可以选择元组(源 IP、目标 IP、源port、目标port)生成hash值。
Shell
receiver$ ethtool -N eth2 rx-flow-hash udp4 sdfn
Cannot change RX network flow hashing options: Operation not supported
不幸地是,我们的NIC不支持自定义,我们只能选用(源 IP、目的 IP) 生成hash。
NUMA性能报告
到目前为止,我们所有的数据包都流向一个RX队列,并且一个CPU。我们可以借这个机会为基准来衡量不同CPU的性能。在我们设置为接收方的主机上有两个单独的处理器,每一个都是一个不同的NUMA节点。
在我们设置中,可以将单线程接收者依附到四个CPU中的一个,四个选项如下:
另一个CPU上运行接收器,但将相同的NUMA节点作为RX队列。性能如上面我们看到的,大约是360 kpps。
将运行接收器的同一 CPU 作为RX队列,我们可以得到大约430 kpps。但这样也会有很高的不稳定性,如果NIC被数据包所淹没,性能将下降到零。
当接收器运行在HT对应的处理RX队列的CPU之上,性能是通常的一半,大约在200kpps左右。
接收器在一个不同的NUMA节点而不是RX队列的CPU上,性能大约是330 kpps。但是数字会不太一致。
虽然运行在一个不同的NUMA节点上有10%的代价,听起来可能不算太坏,但随着规模的变大,问题只会变得更糟。在一些测试中,每个核只能发出250 kpps,在所有跨NUMA测试中,这种不稳定是很糟糕。跨NUMA节点的性能损失,在更高的吞吐量上更明显。在一次测试时,发现在一个坏掉的NUMA节点上运行接收器,性能下降有4倍。
3.多接收IP
因为我们NIC上hash算法的限制,通过RX队列分配数据包的唯一方法是利用多个IP地址。下面是如何将数据包发到不同的目的IP:
1
sender$ taskset -c 1,2 ./udpsender 192.168.254.1:4321 192.168.254.2:4321
ethtool 证实了数据包流向了不同的 RX 队列:
Shell
receiver$ watch 'sudo ethtool -S eth2 |grep rx'
rx-0.rx_packets: 8.0/s
rx-1.rx_packets: 0.0/s
rx-2.rx_packets: 0.0/s
rx-3.rx_packets: 355.2k/s
rx-4.rx_packets: 0.5/s
rx-5.rx_packets: 297.0k/s
rx-6.rx_packets: 0.0/s
rx-7.rx_packets: 0.5/s
rx-8.rx_packets: 0.0/s
rx-9.rx_packets: 0.0/s
rx-10.rx_packets: 0.0/s
接收部分:
Shell
receiver$ taskset -c 1 ./udpreceiver1 0.0.0.0:4321
0.609M pps 18.599MiB / 156.019Mb
0.657M pps 20.039MiB / 168.102Mb
0.649M pps 19.803MiB / 166.120Mb
万岁!有两个核忙于处理RX队列,第三运行应用程序时,可以达到大约650 kpps !
我们可以通过发送数据到三或四个RX队列来增加这个数值,但是很快这个应用就会有另一个瓶颈。这一次rx_nodesc_drop_cnt没有增加,但是netstat接收到了如下错误:
Shell
receiver$ watch 'netstat -s --udp'
Udp:
437.0k/s packets received
0.0/s packets to unknown port received.
386.9k/s packet receive errors
0.0/s packets sent
RcvbufErrors: 123.8k/s
SndbufErrors: 0
InCsumErrors: 0
这意味着虽然NIC能够将数据包发送到内核,但是内核不能将数据包发给应用程序。在我们的case中,只能提供440 kpps,其余的390 kpps + 123 kpps的下降是由于应用程序接收它们不够快。
4.多线程接收
我们需要扩展接收者应用程序。最简单的方式是利用多线程接收,但是不管用:
Shell
sender$ taskset -c 1,2 ./udpsender 192.168.254.1:4321 192.168.254.2:4321
receiver$ taskset -c 1,2 ./udpreceiver1 0.0.0.0:4321 2
0.495M pps 15.108MiB / 126.733Mb
0.480M pps 14.636MiB / 122.775Mb
0.461M pps 14.071MiB / 118.038Mb
0.486M pps 14.820MiB / 124.322Mb
接收性能较于单个线程下降了,这是由UDP接收缓冲区那边的锁竞争导致的。由于两个线程使用相同的套接字描述符,它们花费过多的时间在UDP接收缓冲区的锁竞争。这篇论文详细描述了这一问题。
看来使用多线程从一个描述符接收,并不是最优方案。
5. SO_REUSEPORT
幸运地是,最近有一个解决方案添加到 Linux 了 —— SO_REUSEPORT 标志位(flag)。当这个标志位设置在一个套接字描述符上时,Linux将允许许多进程绑定到相同的端口,事实上,任何数量的进程将允许绑定上去,负载也会均衡分布。
有了SO_REUSEPORT,每一个进程都有一个独立的socket描述符。因此每一个都会拥有一个专用的UDP接收缓冲区。这样就避免了以前遇到的竞争问题:
Shell
1
2
3
4
receiver$ taskset -c 1,2,3,4 ./udpreceiver1 0.0.0.0:4321 4 1
1.114M pps 34.007MiB / 285.271Mb
1.147M pps 34.990MiB / 293.518Mb
1.126M pps 34.374MiB / 288.354Mb
现在更加喜欢了,吞吐量很不错嘛!
更多的调查显示还有进一步改进的空间。即使我们开始4个接收线程,负载也会不均匀地分布:
两个进程接收了所有的工作,而另外两个根本没有数据包。这是因为hash冲突,但是这次是在SO_REUSEPORT层。
结束语
我做了一些进一步的测试,完全一致的RX队列,接收线程在单个NUMA节点可以达到1.4Mpps。在不同的NUMA节点上运行接收者会导致这个数字做多下降到1Mpps。
总之,如果你想要一个完美的性能,你需要做下面这些:
确保流量均匀分布在许多RX队列和SO_REUSEPORT进程上。在实践中,只要有大量的连接(或流动),负载通常是分布式的。
需要有足够的CPU容量去从内核上获取数据包。
To make the things harder, both RX queues and receiver processes should be on a single NUMA node.
为了使事情更加稳定,RX队列和接收进程都应该在单个NUMA节点上。
虽然我们已经表明,在一台Linux机器上接收1Mpps在技术上是可行的,但是应用程序将不会对收到的数据包做任何实际处理——甚至连看都不看内容的流量。别太指望这样的性能,因为对于任何实际应用并没有太大用处。
关于udp测速代码和udp协议怎么测试的介绍到此就结束了,不知道你从中找到你需要的信息了吗 ?如果你还想了解更多这方面的信息,记得收藏关注本站。
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