手撕测试tcp服务器效率工具——以epoll和io_uring对比为例

简介: 手撕测试tcp服务器效率工具——以epoll和io_uring对比为例

服务器性能测试介绍

服务器的性能测试主要包括2部分:

  1. 并发量。能容纳多大的连接
  2. 效率。在不崩坏的情况下能对报文的处理效率。

本文主要进行效率测试,看看基于epoll模型和io_uring模型的tcp服务器,谁的效率更高。

测试思路

客户端(一个或多个)大量地向服务器发送报文,测试服务器的处理效率(tps:transaction per second,qps:queries per second)。这个或这些客户端也被成为测试工具。

测试工具需求

1、  基于tcp

2、  可以设置请求、线程与连接的数量。-n req -t threadnum -c connection。

在本文中,为了方便,我们为一个连接建立一个线程,也就是线程和连接一一对应。

getopt是一个解析命令行参数的函数,它不是一个线程安全的函数,尽量只在1个线程中使用,建议提前了解。

测试工具代码

代码有详细地注释,主要步骤为:

1、解析命令行参数,看看服务器的IP和port,以及要建立多少连接、发送多少数据等。

2、根据线程数建立线程,在线程里建立一个连接,连接服务器,并按每个线程的平均发送数据任务不间断地发送数据和接收数据。本案例中每笔报文的大小为64*8。

3、计算从开始发送到结束接收的耗时,并计算相关指标。

服务器的功能是:接收到什么数据就返回什么数据。

详细的服务器代码可看前文:

与epoll媲美的io_uring_io_uring tcp服务器-CSDN博客

用反应器模式和epoll构建百万并发服务器_如何设计一个支持百万并发的服务器-CSDN博客

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/time.h>
#include<pthread.h>
#include<arpa/inet.h>
//设置该结构体用于存储线程函数所需的参数
typedef struct test_context_s{
  
  char serverip[16]; //服务器ip
  int port; //服务器端口
  int threadnum;  //线程数量
  int connection; //连接数量,此案例中与线程数量一致
  int requestion; //请求数量,也就是报文数量
  
  int failed; //统计发送失败的次数,有个大概的数就行,所以没用原子变量
}test_context_t;
typedef struct test_context_s test_context_t;
//与服务器建立tcp连接,常规的socket然后connect
int connect_tcpserver(const char* ip,unsigned short port){
  
  int connfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  struct sockaddr_in tcpserver_addr;
  memset(&tcpserver_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
  tcpserver_addr.sin_family = AF_INET;
  tcpserver_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
  tcpserver_addr.sin_port = htons(port);
  int ret = connect(connfd,(struct sockaddr*)&tcpserver_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
  if(ret){
    perror("connect");
    return -1;
  }
  return connfd;
}
#define TIME_SUB_MS(tv1,tv2) ((tv1.tv_sec - tv2.tv_sec)*1000 + (tv1.tv_usec - tv2.tv_usec)/1000)
//要发送给客户端的数据的基本单位
#define TEST_MESSAGE   "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\r\n"
#define RBUFFER_LENGTH 2048 //读数据的空间的大小,不一定用满
#define WBUFFER_LENGTH 2048 //写数据的空间的大小,不一定用满
//客户端发送并接收数据
int send_recv_tcppkt(int fd){
  char wbuffer[WBUFFER_LENGTH] = {0};
  //设置每次发送的报文包含多少个基本单位
  int i = 0;
  for(i=0;i<8;i++){
    strcpy(wbuffer+i *strlen(TEST_MESSAGE),TEST_MESSAGE);
  }
  //发送报文
  int res = send(fd,wbuffer,strlen(wbuffer),0);
  if(res<0){
    exit(1);
  }
  //接收报文
  char rbuffer[RBUFFER_LENGTH] ={0};
  res = recv(fd,rbuffer,RBUFFER_LENGTH,0);
  if(res<=0){
    exit(1);
  }
  if(strcmp(rbuffer,wbuffer)!=0){
    return -1;
  }
  
}
//线程函数,主要作用是建立连接、发送接收报文
static void *test_qps_entry(void* arg){
  
  test_context_t *pctx = (test_context_t*)arg;
  //建立连接
  int connfd = connect_tcpserver(pctx->serverip,pctx->port);
  if(connfd<0){
    printf("connect_tcpserver failed!\n");
    return NULL;
  } 
  //每个线程要发送的报文数量
  int count = pctx->requestion/pctx->threadnum;
  //发送报文
  int i=0;
  int res;
  while(i++<count){
    res = send_recv_tcppkt(connfd);
    if(res!=0){
      printf("send_recv_tcppkt failed\n");
      pctx->failed++;
      continue;
    }
  }
  return NULL;
}
int main(int argc,char *argv[]){
  
  int ret =0;
  test_context_t ctx ={0};
  
  int opt;
  
  //getopt函数可以一次解析出带有名称的输入参数
  //注意这个函数是线程不安全的,
  while((opt = getopt(argc,argv,"s:p:t:c:n:?"))!=-1){
    switch(opt){
      case 's':
        printf("-s:%s\n",optarg);
        strcpy(ctx.serverip,optarg);//服务器IP
        break;    
       case 'p':
        printf("-p:%s\n",optarg);
        ctx.port = atoi(optarg);//服务器端口
        break;
      case 't':    
        printf("-t:%s\n",optarg);
        ctx.threadnum = atoi(optarg);//线程数
        break;
      case 'c':
        printf("-c:%s\n",optarg);
        ctx.connection = ctx.threadnum;//还是和线程数一致吧  
        break;
      case 'n':
        printf("-n:%s\n",optarg);
        ctx.requestion = atoi(optarg);
        break;
      default:
        return -1;          
    }
  }
  //线程数组
  pthread_t *ptid = malloc(ctx.threadnum *sizeof("pthread_t"));
  //开始大规模发送发送报文
  struct timeval tv_begin;  //记录报文开始发送的时间
  gettimeofday(&tv_begin,NULL);
  int i = 0;
  for(i=0;i<ctx.threadnum;i++){ //建立线程运行线程函数
    pthread_create(&ptid[i],NULL,test_qps_entry,&ctx);
  }
  for(i=0;i<ctx.threadnum;i++){
    pthread_join(ptid[i],NULL);
  }
  struct timeval tv_end;  //记录报文全部发送并接收完毕的时间
  gettimeofday(&tv_end,NULL);
  int time_used = TIME_SUB_MS(tv_end,tv_begin);//计算用时
  printf("success: %d, failed: %d, time_used: %d, qps: %d\n", ctx.requestion-ctx.failed, 
    ctx.failed, time_used, ctx.requestion * 1000 / time_used);
  return 0;
}

测试结果

epoll服务器

发送了100w数据,qps为33243

io_uring服务器

发送了100w数据,qps为43305

结论

在本机、本案例的情况下,io_uring服务器的效率比epoll服务器的效率高约30%。

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