代码改变世界

(unix domain socket)使用udp发送>=128K的消息会报ENOBUFS的错误

2010-12-04 15:49 by 吴秦, ... 阅读, ... 评论, 收藏, 编辑

一个困扰我两天的问题,

Google和Baidu没有找到解决方法!

此文为记录这个问题,并给出原因和解决方法。

1、Unix domain socket简介

unix域协议并不是一个实际的协议族,而是在单个主机上执行客户/服务器通信的一种方法,所用API于在不同主机上执行客户/服务器通信所有的API(套接字API,如AF_INET、AF_INET6等类型的API)相同。unix域协议可以视为是进程之间本地通信IPC的一种。

unix域提供两类套接口:字节流套接口(类似TCP)和数据报套接口(类似UDP)。使用Unix域套接口的理由有三:

  • Unix域套接口往往比位于同一主机的TCP套接口快出一倍。
  • Unix域套接口可用于在同一主机上的不同进程之间传递描述字。
  • Unix域套接口把客户的凭证(用户ID和用户组ID)提供给服务器,从而实现能够提供额外的安全检查措施。

Unix域中用域标识客户和服务器的协议地址是普通文件系统中的路径名(类比:IPv4协议的地址由一个32位地址和一个16位端口号构成,IPv6协议的地址由一个128位地址和16位端口号构成。)。

2、问题描述

简单介绍了Unix域套接口之后,进入主题——描述我碰到的问题。由于unix域套接口用于本机间进程通信比网络套接口效率高,因为它是不经过协议栈的!在项目中选择了unix域的数据报套接口。在使用过程中碰到了如下,问题:发送<128K的消息时,客户、进程可以正常收发消息;发送>=128K的消息时,发送端(sendto)返回ENOBUFS的错误。

服务器的代码如下:

服务器端
#include<stdio.h>
#include
<stdlib.h>
#include
<sys/types.h>
#include
<sys/socket.h>
#include
<sys/un.h>
#include
<errno.h>

//define send and recv buf size
#define BUFSIZE 512*1024

//define unix domain socket path
#define pmmanager "/tmp/pmmanager"
#define pmapi "/tmp/pmapi"

int main(int argc, char** argv)
{
char rx_buf[BUFSIZE];
int pmmanager_fd, ret;
socklen_t len;
struct sockaddr_un pmmanager_addr, pmapi_addr;

//create pmmanager socket fd
pmmanager_fd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
if(pmmanager_fd == -1)
{
perror(
"cannot create pmmanager fd.");
}

unlink(pmmanager);
memset(
&pmmanager_addr, 0, sizeof(pmmanager_addr));
pmmanager_addr.sun_family
= AF_UNIX;
strncpy(pmmanager_addr.sun_path, pmmanager,
sizeof(pmmanager_addr.sun_path)-1);

//bind pmmanager_fd to pmmanager_addr
ret = bind(pmmanager_fd, (struct sockaddr*)&pmmanager_addr, sizeof(pmmanager_addr));
if(ret == -1)
{
perror(
"can not bind pmmanager_addr");
}

int recvBufSize;
len
= sizeof(recvBufSize);
ret
= getsockopt(pmmanager_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvBufSize, &len);
if(ret ==-1)
{
perror(
"getsocket error.");
}
printf(
"Before setsockopt, SO_RCVBUF-%d\n",recvBufSize);
recvBufSize
= 512*1024;
ret
= setsockopt(pmmanager_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvBufSize, len);
if(ret == -1)
{
perror(
"setsockopt error.");
}
ret
= getsockopt(pmmanager_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvBufSize, &len);
if(ret ==-1)
{
perror(
"getsocket error.");
}
printf(
"Set recv buf successful, SO_RCVBUF-%d\n",recvBufSize);

int recvSize;
memset(
&pmapi_addr, 0, sizeof(pmapi_addr));
len
= sizeof(pmapi_addr);
printf(
"==============wait for msg from pmapi====================\n");
for(;;)
{
memset(rx_buf,
0, sizeof(rx_buf));
recvSize
= recvfrom(pmmanager_fd, rx_buf, sizeof(rx_buf), 0, (struct sockaddr*)&pmapi_addr, &len);
if(recvSize == -1)
{
perror(
"recvfrom error.");
}
printf(
"Recved message from pmapi: %s\n", rx_buf);
}
}

客户端的代码如下:

客户端
#include<stdio.h>
#include
<stdlib.h>
#include
<sys/types.h>
#include
<sys/socket.h>
#include
<sys/un.h>
#include
<errno.h>

//define send and recv buf size
#define BUFSIZE 250*1024

//define unix domain socket path
#define pmmanager "/tmp/pmmanager"
#define pmapi "/tmp/pmapi"

int main(int argc, char** argv)
{
char tx_buf[BUFSIZE];
int pmapi_fd, ret;
socklen_t len;
struct sockaddr_un pmmanager_addr, pmapi_addr;

//create pmmanager socket fd
pmapi_fd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
if(pmapi_fd == -1)
{
perror(
"cannot create pmapi fd.");
}

unlink(pmapi);
//configure pmapi's addr
memset(&pmapi_addr, 0, sizeof(pmapi_addr));
pmapi_addr.sun_family
= AF_UNIX;
strncpy(pmapi_addr.sun_path, pmapi,
sizeof(pmapi_addr.sun_path)-1);
//bind pmapi_fd to pmapi_addr
ret = bind(pmapi_fd, (struct sockaddr*)&pmapi_addr, sizeof(pmapi_addr));
if(ret == -1)
{
perror(
"bind error.");
}

int sendBufSize;
len
= sizeof(sendBufSize);
ret
= getsockopt(pmapi_fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendBufSize, &len);
if(ret ==-1)
{
perror(
"getsocket error.");
}
printf(
"Before setsockopt, SO_SNDBUF-%d\n",sendBufSize);
sendBufSize
= 512*1024;
ret
= setsockopt(pmapi_fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendBufSize, len);
if(ret == -1)
{
perror(
"setsockopt error.");
}
ret
= getsockopt(pmapi_fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendBufSize, &len);
if(ret ==-1)
{
perror(
"getsocket error.");
}
printf(
"Set send buf successful, SO_SNDBUF-%d\n\n\n", sendBufSize);

//configure pmmanager's addr
memset(&pmmanager_addr, 0, sizeof(pmmanager_addr));
pmmanager_addr.sun_family
= AF_UNIX;
strncpy(pmmanager_addr.sun_path, pmmanager,
sizeof(pmmanager_addr)-1);
len
= sizeof(pmmanager_addr);

int sendSize = 0;
int i;
for(i=1; i<=4; i++)
{
memset(tx_buf,
'0', sizeof(tx_buf));
sprintf(tx_buf,
"send msg %d to pmmanager.", i);
printf(
"%s, msg size - %d\n",tx_buf, sizeof(tx_buf));
sendSize
= sendto(pmapi_fd, tx_buf, sizeof(tx_buf), 0, (struct sockaddr*)&pmmanager_addr, len);
if(sendSize == -1)
{
perror(
"sendto error.");
}
printf(
"Send message to pmmanager: %s\n\n\n", tx_buf);
}
}

3、可能碰到的另外一个问题

如果你没有设置足够大的发送缓冲区大小,你很有可能碰到EMSGSIZE的错误!因为应用程序写了一个大于套机口发送缓冲区大小的数据报,内核报EMSGSIZE错误。如下图:

(注意:UDP套接口有发送缓冲区的大小,并且可以通过SO_SNDBUF套接口选项修改。不过它仅仅是写到套接口的UDP数据报的大小,因为UDP是不可靠的,它不必保存应用进程的数据拷贝,因此无需一个真正的发送缓冲区。)上面的代码已经设置了足够大的发送缓冲区大小。

4、我的尝试

在sendto发送>=128K大小的消息时,返回ENOBUFS错误。

  • 我怀疑是否是sendto()的原因,我改用sendmsg(),未果还是返回这个错误。
  • 有人说是:“发送消息太频繁,间隔太短”。其实项目中发送消息根本就不频繁,背着死马当活马医,未果还是返回这个错误。
  • 尝试修改/proc/sys/net/core下面的各种相关选项,如
     未果,还是返回这个错误。(其它路径下的相关选项也试了,不行)
  • ?我无从下手了,不知道128K的这个限制在哪?既然“No buffer space available”,我怎样给他空间?

5、最终原因及解决办法(都是内核惹得祸!!)

至此,我实在没有办法了,不知道如何解决!但是从错误ENOBUFS的说明:
ENOBUFS means there is no sufficient memory available and the system(kernel)  can not allocate any more. Application will usually retry the operation when it detects this error from a system call since it indicates there is a transient resource shortage. It is the Operating system that refuses the resource request from the listener. The virtual memory allocation routine of the OS will determine if a swap can be made to disk of a real memory segment thereby allowing the listener access to some more real memory.
可以看出一些端倪,这肯定跟内存分配有关!而且限制在分配128K就失败!利用Socket进行进程间的通信,需要经过Linux内核:进程1将数据写到内核,进程2从内核读取数据。内核必须申请一个空间来存放数据包!实际上,socket发送数据包时,需要从slab中申请一块cache存放数据包。
  • 在2.6.21内核中(这就是我们公司服务器的内核版本),slab分配器最大支持的size为128K(详情可见/proc/slabinfo)。
  • 在2.6.31内核中,slab分配器最大支持的size大小为32M。
所以2.6.21内核上,发送大于128K的数据包时,Kmalloc()会失败,并返回no buffer的错误。建议:对于本地进程通信,可以使用其它的IPC方式,进行数据通信,如shm、pipe等。
找出了原因,可以采用以下方式来解决该问题:
  • 升级内核,或修改内核的这个限制。
  • 改用unix 域udp套接口为unix域tcp套接口(最终我们采用的方式)。
  • 改用其它的IPC方式(这个涉及到太多的修改,故我们放弃使用)。
附/proc/slabinfo 信息:size-131072即128K的限制!
代码
。。。。。。
size
-131072(DMA) 0 0 131072 1 32 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-131072 0 0 131072 1 32 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-65536(DMA) 0 0 65536 1 16 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-65536 0 0 65536 1 16 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-32768(DMA) 0 0 32768 1 8 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-32768 0 0 32768 1 8 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-16384(DMA) 0 0 16384 1 4 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-16384 0 0 16384 1 4 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-8192(DMA) 0 0 8192 1 2 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-8192 0 0 8192 1 2 : tunables 8 4 0 : slabdata 0 0 0
size
-4096(DMA) 0 0 4096 1 1 : tunables 24 12 0 : slabdata 0 0 0
size
-4096 4 4 4096 1 1 : tunables 24 12 0 : slabdata 4 4 0
size
-2048(DMA) 0 0 2048 2 1 : tunables 24 12 0 : slabdata 0 0 0
size
-2048 12 14 2048 2 1 : tunables 24 12 0 : slabdata 7 7 0
size
-1024(DMA) 0 0 1024 4 1 : tunables 54 27 0 : slabdata 0 0 0
size
-1024 11 12 1024 4 1 : tunables 54 27 0 : slabdata 3 3 0
size
-512(DMA) 0 0 512 8 1 : tunables 54 27 0 : slabdata 0 0 0
size
-512 208 208 512 8 1 : tunables 54 27 0 : slabdata 26 26 0
size
-256(DMA) 0 0 256 15 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 0 0 0
size
-256 75 75 256 15 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 5 5 0
size
-192(DMA) 0 0 192 20 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 0 0 0
size
-192 40 40 192 20 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 2 2 0
size
-128(DMA) 0 0 128 30 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 0 0 0
size
-128 86 90 128 30 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 3 3 0
size
-96(DMA) 0 0 96 40 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 0 0 0
size
-96 388 400 96 40 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 10 10 0
size
-64(DMA) 0 0 64 59 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 0 0 0
size
-32(DMA) 0 0 32 113 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 0 0 0
size
-64 451 472 64 59 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 8 8 0
size
-32 871 904 32 113 1 : tunables 120 60 0 : slabdata 8 8 0
。。。。。。

我在Ubuntu 10.10上测试,不会报ENOBUFS的错误。内核版本为:

/proc/slabinfo的信息如下,跟上面的有些差异:
kmalloc的最大限制是8192K,故我们运行上述程序没有问题!
原来都是内核惹得祸阿,害我困惑那么久!!!baidu和google都没有找到原因,因此分享此文,以警惕后者。