本文内容包括Linux下对于 Sockets API 的使用、两个可以提高性能的 socket 选项以及 GNU/Linux 优化。为了能够开发性能卓越的应用程序，请遵循以下技巧：最小化报文传输的延时；最小化系统调用的负载；为 Bandwidth Delay Product 调节 TCP 窗口；动态优化 GNU/Linux TCP/IP 栈。

　　为 Bandwidth Delay Product 调节 TCP 窗口：

　　TCP 的性能取决于几个方面的因素。两个最重要的因素是链接带宽(link bandwidth)(报文在网络上传输的速率)和 往返时间(round-trip time) 或 RTT(发送报文与接收到另一端的响应之间的延时)。这两个值确定了称为 Bandwidth Delay Product(BDP)的内容。

　　给定链接带宽和 RTT 之后，您就可以计算出 BDP 的值了，不过这代表什么意义呢?BDP 给出了一种简单的方法来计算理论上最优的 TCP socket 缓冲区大小(其中保存了排队等待传输和等待应用程序接收的数据)。如果缓冲区太小，那么 TCP 窗口就不能完全打开，这会对性能造成限制。如果缓冲区太大，那么宝贵的内存资源就会造成浪费。如果您设置的缓冲区大小正好合适，那么就可以完全利用可用的带宽。下面我们来看一个例子：

　　BDP = link_bandwidth * RTT

　　如果应用程序是通过一个 100Mbps 的局域网进行通信，其 RRT 为 50 ms，那么 BDP 就是：

　　100MBps * 0.050 sec / 8 = 0.625MB = 625KB

　　注意：此处除以 8 是将位转换成通信使用的字节。

　　因此，我们可以将 TCP 窗口设置为 BDP 或 1.25MB。但是在 Linux 2.6 上默认的 TCP 窗口大小是 110KB，这会将连接的带宽限制为 2.2MBps，计算方法如下：

　　throughput = window_size / RTT

　　110KB / 0.050 = 2.2MBps

　　如果使用上面计算的窗口大小，我们得到的带宽就是 12.5MBps，计算方法如下：

　　625KB / 0.050 = 12.5MBps

　　差别的确很大，并且可以为 socket 提供更大的吞吐量。因此现在您就知道如何为您的 socket 计算最优的缓冲区大小了。但是又该如何来改变呢?

　　解决方案

　　Sockets API 提供了几个 socket 选项，其中两个可以用于修改 socket 的发送和接收缓冲区的大小。清单 2 展示了如何使用 SO_SNDBUF 和 SO_RCVBUF 选项来调整发送和接收缓冲区的大小。

　　注意：尽管 socket 缓冲区的大小确定了通告 TCP 窗口的大小，但是 TCP 还在通告窗口内维护了一个拥塞窗口。因此，由于这个拥塞窗口的存在，给定的 socket 可能永远都不会利用最大的通告窗口。

　　清单 2. 手动设置发送和接收 socket 缓冲区大小

　　int ret, sock, sock_buf_size;

　　sock = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 );

　　sock_buf_size = BDP;

　　ret = setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF,

　　(char *)&sock_buf_size, sizeof(sock_buf_size) );

　　ret = setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF,

　　(char *)&sock_buf_size, sizeof(sock_buf_size) );

　　在 Linux 2.6 内核中，发送缓冲区的大小是由调用用户来定义的，但是接收缓冲区会自动加倍。您可以进行 getsockopt 调用来验证每个缓冲区的大小。

　　巨帧(jumbo frame)

　　我们还可以考虑将包的大小从 1,500 字节修改为 9,000 字节(称为巨帧)。在本地网络中可以通过设置最大传输单元(Maximum Transmit Unit，MTU)来设置巨帧，这可以极大地提高性能。

　　就 window scaling 来说，TCP 最初可以支持最大为 64KB 的窗口(使用 16 位的值来定义窗口的大小)。采用 window scaling(RFC 1323)扩展之后，您就可以使用 32 位的值来表示窗口的大小了。GNU/Linux 中提供的 TCP/IP 栈可以支持这个选项(以及其他一些选项)。

　　提示：Linux 内核还包括了自动对这些 socket 缓冲区进行优化的能力(请参阅下面 表 1 中的 tcp_rmem 和 tcp_wmem)，不过这些选项会对整个栈造成影响。如果您只需要为一个连接或一类连接调节窗口的大小，那么这种机制也许不能满足您的需要了。

　　使用 Sockets API，我们可以开发客户机和服务器应用程序，它们可以在本地网络上进行通信，也可以通过 Internet 在全球范围内进行通信。与其他 API 一样，您可以通过一些方法使用 Sockets API，从而提高 Socket 的性能，或者限制 Socket 的性能。

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