探秘Linux下UDP发包机制，加速网络传输！ (linux udp 发包)
在网络通信的世界中，UDP是一种重要的传输协议之一。与TCP相比，UDP具有传输速度快、协议轻量、不需要连接等特点。因此，UDP被广泛应用于音视频传输、游戏等网络应用场景中。那么，在Linux操作系统下，UDP包是如何发出来的呢？本文将对Linux下的UDP发包机制进行探讨，进一步了解如何加速网络传输。
UDP包的发送方式
Linux操作系统中，UDP包的发送是通过向内核发送一个数据报请求，由内核进行数据处理并最终发送UDP包给目标机器。我们可以使用用户层的应用程序进行UDP包发送，比如使用基于socket的编程接口，编写一段简单的UDP发送代码：
“`
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int mn() {
int fd;
struct sockaddr_in dest;
socklen_t len;
char *msg = “Hello, UDP!”;
if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0))
perror(“socket”);
return -1;
}
memset(&dest, 0, sizeof(dest));
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_addr.s_addr = inet_addr(“192.168.1.101”);
dest.sin_port = htons(7777);
len = sizeof(dest);
sendto(fd, msg, strlen(msg) + 1, 0, (struct sockaddr *)&dest, len);
close(fd);
return 0;
}
“`
通过代码可以看出，主要的发送接口是sendto()，它的参数包括：套接字描述符，数据指针，数据长度等等。通过该接口，我们就可以向目标机器发送UDP数据包了。
UDP包的发送过程
发送UDP包的过程中，实际上是将数据从用户层拷贝到内核层，并填充一些额外的信息（如端口号、IP地址、校验和等），最终发送出去。为了更好地理解这个过程，我们可以通过Linux的strace命令来追踪sendto接口的调用情况。具体操作如下：
使用ps命令得到当前程序的PID：
“`
$ ps -ef | grep udp_send
root 22180 22128 0 11:40 pts/0 00:00:00 ./udp_send
“`
使用strace跟踪该进程的系统调用：
“`
$ strace -f -e trace=sendto ./udp_send
sendto(3, “Hello, UDP!”, 12, 0, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(7777), sin_addr=inet_addr(“192.168.1.101”)}, 16) = 12
“`
我们可以发现，sendto调用的参数已经被打印出来了。其中，之一个参数3代表套接字描述符，第二个参数为数据指针，长度为12（多了一个结束符），第三个参数为标志位0，最后的参数是目标机器的IP地址和端口号。
在数据处理过程中，内核会根据协议的不同，选择不同的协议处理函数。例如，在处理UDP包时，内核会调用udp_sendmsg函数。该函数会根据目标地址的IP和端口号，找到与该主机相连的网络设备，将数据发送出去。如果目标机器不在同一局域网内，内核还会将数据包通过默认路由器发送到目标机器。
加速网络传输
由上可知，发送UDP包的主要因素有两个：数据拷贝和协议处理。对于大型数据包，由于数据量较大，内核需要对其进行重复拷贝，导致整个发送过程变慢。因此，如何减少数据拷贝是提升发送速度的重要方式之一。
为解决这个问题，Linux内核提供了一种基于零复制（zero-copy）的技术——“sendfile”。通过该技术，应用程序可以将数据从文件描述符中直接传输到网络套接字中，避免了内核从用户空间到内核空间的重复拷贝。同时，与普通数据拷贝方式相比，sendfile 可以更快地将大型数据包送到网络中，提供网络传输的效率。
除了零拷贝技术外，其他技术也对加快UDP传输速度有一定的帮助，比如：
– 多个线程同时发送UDP包；
– 增大内核缓冲区大小，减少对内核的干扰；
– 合理节约系统资源，避免CPU过载。
结语
