套接字 recv() 挂在带有 MSG_WAITALL 的大消息上

Question

我有一个从服务器读取大文件并经常挂在特定计算机上的应用程序。它在RHEL5.2下已经成功运行了很长时间。我们最近升级到了 RHEL6.1，现在它经常挂起。

我创建了一个测试应用程序来重现该问题。在 100 次中，它大约挂起 98 次。

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/param.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/time.h>

int mFD = 0;

void open_socket()
{
  struct addrinfo hints, *res;
  memset(&hints, 0, sizeof(hints));
  hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
  hints.ai_family = AF_INET;

  if (getaddrinfo("localhost", "60000", &hints, &res) != 0)
  {
    fprintf(stderr, "Exit %d\n", __LINE__);
    exit(1);
  }

  mFD = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, res->ai_protocol);

  if (mFD == -1)
  {
    fprintf(stderr, "Exit %d\n", __LINE__);
    exit(1);
  }

  if (connect(mFD, res->ai_addr, res->ai_addrlen) < 0)
  {
    fprintf(stderr, "Exit %d\n", __LINE__);
    exit(1);
  }

  freeaddrinfo(res);
}

void read_message(int size, void* data)
{
  int bytesLeft = size;
  int numRd = 0;

  while (bytesLeft != 0)
  {
    fprintf(stderr, "reading %d bytes\n", bytesLeft);

    /* Replacing MSG_WAITALL with 0 works fine */
    int num = recv(mFD, data, bytesLeft, MSG_WAITALL);

    if (num == 0)
    {
      break;
    }
    else if (num < 0 && errno != EINTR)
    {
      fprintf(stderr, "Exit %d\n", __LINE__);
      exit(1);
    }
    else if (num > 0)
    {
      numRd += num;
      data += num;
      bytesLeft -= num;
      fprintf(stderr, "read %d bytes - remaining = %d\n", num, bytesLeft);
    }
  }

  fprintf(stderr, "read total of %d bytes\n", numRd);
}

int main(int argc, char **argv)
{
  open_socket();

  uint32_t raw_len = atoi(argv[1]);
  char raw[raw_len];

  read_message(raw_len, raw);

  return 0;
}

我的测试中的一些注释：

• 如果“localhost”映射到环回地址 127.0.0.1，则应用程序会挂起对 recv() 的调用，并且永远不会返回。
• 如果“localhost”映射到计算机的 IP，从而通过以太网接口路由数据包，则应用程序成功完成。
• 当我遇到挂起时，服务器会发送“TCP Window Full”消息，客户端会用“TCP ZeroWindow”消息进行响应（请参阅图像和附加的 tcpdump 捕获）。从此时起，它会永远挂起，服务器发送保持活动状态，客户端发送 ZeroWindow 消息。客户端似乎从未扩展其窗口以允许传输完成。
• 在挂起期间，如果我检查“netstat -a”的输出，则服务器发送队列中有数据，但客户端接收队列为空。
• 如果我从 recv() 调用中删除 MSG_WAITALL 标志，应用程序将成功完成。
• 仅在一台特定机器上使用环回接口时才会出现挂起问题。我怀疑这可能都与时间依赖性有关。
• 当我减小“文件”的大小时，发生挂起的可能性就会降低

可以在此处找到测试应用程序的源代码：

Socket 测试源

从环回接口捕获的 tcpdump 可以在这里找到：

tcpdump捕获

我通过发出以下命令来重现该问题：

>  gcc socket_test.c -o socket_test
>  perl -e 'for (1..6000000){ print "a" }' | nc -l 60000
>  ./socket_test 6000000

这会看到 6000000 字节发送到测试应用程序，该应用程序尝试使用对 recv() 的单次调用来读取数据。

我很想听到关于我可能做错了什么的任何建议或任何进一步的方法来调试问题。

Answer 1

MSG_WAITALL 应该阻塞，直到收到所有数据。从 recv 手册页：

此标志请求操作阻塞，直到满足完整请求为止。

但是，网络堆栈中的缓冲区可能不够大，无法容纳所有内容，这就是服务器上出现错误消息的原因。客户端网络堆栈根本无法容纳那么多数据。

解决方案是增加缓冲区大小（setsockopt 的 SO_RCVBUF 选项）、将消息分割成更小的块，或者接收更小的块并将其放入您自己的缓冲区中。最后一个是我推荐的。

编辑：我在您的代码中看到您已经按照我的建议进行了操作（使用自己的缓冲读取较小的块），因此只需删除 MSG_WAITALL 标志即可。

哦，当 recv 返回零时，这意味着另一端已关闭连接，您也应该这样做。

Answer 2

考虑以下两个可能的规则：

1. 接收方可能会等待发送方发送更多内容，然后

2. 发送方可以等待接收方收到已经发送的内容，然后再发送更多内容。

我们可以拥有这些规则中的任何一个，但我们不能同时拥有这两个规则。

为什么？因为如果允许接收方等待发送方，则意味着发送方不能等待接收方接收后再发送更多内容，否则我们会陷入僵局。如果允许发送方等待接收方，则意味着接收方在接收更多内容之前不能等待发送方发送，否则我们会死锁。

如果这两件事同时发生，我们就会陷入僵局。在接收者收到已经发送的内容之前，发送者不会发送更多内容，除非发送者发送更多内容，否则接收者也不会收到已经发送的内容。繁荣。

TCP 选择规则 2（原因应该是显而易见的）。因此它不能支持规则1。但是在您的代码中，您是接收者，并且您正在等待发送者发送更多内容，然后才能收到已发送的内容。所以这会陷入僵局。