面试题：C语言中Linux套接字选项的性能调优及异常处理

Question

在高并发网络应用场景下，使用C语言进行Linux套接字编程，需要对套接字选项进行性能调优以满足大量数据传输需求。请说明从连接建立、数据收发到连接关闭整个过程中，如何合理配置套接字选项（如TCP_NODELAY、SO_RCVTIMEO、SO_SNDTIMEO等）来提升性能。同时，阐述在每个阶段可能遇到的异常情况及对应的处理策略，包括但不限于网络中断、连接超时、资源耗尽等情况。

Answer 1

连接建立阶段

1. 套接字选项配置
   • TCP_NODELAY：启用TCP_NODELAY选项，通过设置sockopt为1来关闭Nagle算法。这能避免小包数据的延迟发送，在高并发场景下及时将数据发送出去，提升传输效率。示例代码：

int flag = 1;
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &flag, sizeof(flag));

- **SO_RCVTIMEO**和**SO_SNDTIMEO**：可根据业务需求设置接收和发送超时时间。例如，设置接收超时时间为5秒：

struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (const char*)&timeout, sizeof(timeout));

2. 异常情况及处理策略
   • 连接超时：若连接长时间未建立成功，可通过设置的SO_SNDTIMEO来判断是否超时。若超时，可尝试重新连接，或者提示用户网络连接可能存在问题。
   • 资源耗尽：在创建套接字或连接时可能出现资源不足的情况（如文件描述符耗尽）。可通过监控系统资源（如ulimit -n查看文件描述符限制），并在程序中合理管理文件描述符，及时关闭不再使用的套接字。

数据收发阶段

1. 套接字选项配置
   • TCP_NODELAY：保持启用状态，持续保证数据的及时发送。
   • SO_RCVBUF和SO_SNDBUF：适当增大接收和发送缓冲区大小，以满足大量数据传输需求。例如，将接收缓冲区增大到32KB：

int rcvbuf = 32 * 1024;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcvbuf, sizeof(rcvbuf));

2. 异常情况及处理策略
   • 网络中断：在数据收发过程中，网络可能中断。可通过send或recv函数的返回值判断，若返回 -1且errno为EAGAIN或EWOULDBLOCK，表示当前缓冲区已满或为空，可再次尝试；若为其他错误码（如ECONNRESET表示连接被对方重置），则需要重新建立连接。
   • 连接超时：在接收数据时，若设置了SO_RCVTIMEO，超时后recv函数将返回 -1且errno为EAGAIN或EWOULDBLOCK，可选择再次尝试接收或放弃当前数据块的接收，并通知上层应用。
   • 资源耗尽：缓冲区满时，send函数返回 -1且errno为EAGAIN或EWOULDBLOCK，此时可等待一段时间后再次尝试发送，或者调整发送策略（如减小单次发送的数据量）。

连接关闭阶段

1. 套接字选项配置 通常无需特别配置新的套接字选项，但建议使用shutdown函数而非close函数来优雅关闭连接，这样能保证数据的正常发送完毕。示例：

shutdown(sockfd, SHUT_RDWR);

2. 异常情况及处理策略
   • 数据未发送完毕：若在关闭连接时发现仍有数据未发送，可在shutdown之前先检查发送缓冲区状态，若有未发送数据，可尝试再次发送，直到数据全部发送完毕或达到重试次数上限。
   • 连接未正常关闭：若shutdown或close函数返回错误，需要检查错误码（如EBADF表示无效的文件描述符），根据错误情况进行相应处理，例如重新尝试关闭操作或释放相关资源。