长链接发送request/response时, 绝大部分包都是小包, 而每个小包都要消耗一个IP包, 成本大约是20-30us, 普通千兆网卡的pps大约是60Wpps, 所以想要提高长链接密集IO的应用性能, 需要做包的合并, 也称为了scatter/gather io或者vector io.

在linux下有readv/writev就是对应这个需求的, 减少系统调用, 减少pps, 提高网卡的吞吐量. 关于readv提高读的速度, 可以看看陈硕muduo里面对于readv的使用, 思路是就是在栈上面弄一个64KB的数组, 组成readv的第二块buffer, 从而尽可能一次性把socket缓冲区的内容全部出来(参见5). 这里不再赘述, 重点描述DotNetty下面怎么做Gathering Write.

首先得有一个Channel<IMessage>, 用来做写的缓冲, 让业务关心业务, 网络关心网络, 否则每个业务都WriteAndFlushAsync, 那是不太可能有合并发送的.

然后就是SendingLoop的主循环, 里面不停的从Channel里面TryRead包, 然后WriteAsync, 隔几个包Flush一次. 类似的思想在Orleans Network里面也存在.

 public void RunSendLoopAsync(IChannel channel)
{
var allocator = channel.Allocator;
var reader = this.queue.Reader;
Task.Run(async () =>
{
while (!this.stop)
{
var more = await reader.WaitToReadAsync();
if (!more)
{
break;
} IOutboundMessage message = default;
var number = ;
try
{
while (number < && reader.TryRead(out message) && message != null)
{
Interlocked.Decrement(ref this.queueCount);
var msg = message.Inner as IMessage;
var buffer = msg.ToByteBuffer(allocator);
channel.WriteAsync(buffer);
number++;
}
channel.Flush();
number = ;
}
catch (Exception e) when(message != default)
{
logger.LogError("SendOutboundMessage Fail, SessionID:{0}, Exception:{1}",
this.sessionID, e.Message);
this.messageCenter.OnMessageFail(message);
}
}
this.logger.LogInformation("SessionID:{0}, SendingLoop Exit", this.sessionID);
});
}

第19-27行是关键, 这边每4个包做一下flush, 然后flush会触发DotNetty的DoWrite:

 protected override void DoWrite(ChannelOutboundBuffer input)
{
List<ArraySegment<byte>> sharedBufferList = null;
try
{
while (true)
{
int size = input.Size;
if (size == )
{
// All written
break;
}
long writtenBytes = ;
bool done = false; // Ensure the pending writes are made of ByteBufs only.
int maxBytesPerGatheringWrite = ((TcpSocketChannelConfig)this.config).GetMaxBytesPerGatheringWrite();
sharedBufferList = input.GetSharedBufferList(, maxBytesPerGatheringWrite);
int nioBufferCnt = sharedBufferList.Count;
long expectedWrittenBytes = input.NioBufferSize;
Socket socket = this.Socket; List<ArraySegment<byte>> bufferList = sharedBufferList;
// Always us nioBuffers() to workaround data-corruption.
// See https://github.com/netty/netty/issues/2761
switch (nioBufferCnt)
{
case :
// We have something else beside ByteBuffers to write so fallback to normal writes.
base.DoWrite(input);
return;
default:
for (int i = this.Configuration.WriteSpinCount - ; i >= ; i--)
{
long localWrittenBytes = socket.Send(bufferList, SocketFlags.None, out SocketError errorCode);
if (errorCode != SocketError.Success && errorCode != SocketError.WouldBlock)
{
throw new SocketException((int)errorCode);
}

DotNetty TcpSocketChannel类的DoWrite函数, 19行获取当前ChannelOutboundBuffer的Segment<byte>数组, 然后在36行调用Socket.Send一次性发出去, 这个是Gathering Write的关键. 有了这个, 就可以不在业务层用CompositeByteBuffer.

DotNetty Libuv Transport的实现可以看6, 思想是类似的.

实际上Orleans 3.x做的网络优化, 也有类似的思想:

 private async Task ProcessOutgoing()
{
await Task.Yield(); Exception error = default;
PipeWriter output = default;
var serializer = this.serviceProvider.GetRequiredService<IMessageSerializer>();
try
{
output = this.Context.Transport.Output;
var reader = this.outgoingMessages.Reader;
if (this.Log.IsEnabled(LogLevel.Information))
{
this.Log.LogInformation(
"Starting to process messages from local endpoint {Local} to remote endpoint {Remote}",
this.LocalEndPoint,
this.RemoteEndPoint);
} while (true)
{
var more = await reader.WaitToReadAsync();
if (!more)
{
break;
} Message message = default;
try
{
while (inflight.Count < inflight.Capacity && reader.TryRead(out message) && this.PrepareMessageForSend(message))
{
inflight.Add(message);
var (headerLength, bodyLength) = serializer.Write(ref output, message);
MessagingStatisticsGroup.OnMessageSend(this.MessageSentCounter, message, headerLength + bodyLength, headerLength, this.ConnectionDirection);
}
}
catch (Exception exception) when (message != default)
{
this.OnMessageSerializationFailure(message, exception);
} var flushResult = await output.FlushAsync();
if (flushResult.IsCompleted || flushResult.IsCanceled)
{
break;
} inflight.Clear();
}

核心在31行, 开始写, 43行开始flush, 只不过Orleans用的pipelines io, DotNetty是传统模型.

这样做, 可以在有限的pps下, 支撑更高的吞吐量.

个人感觉DotNetty更好用一些.

参考:

1. https://github.com/Azure/DotNetty/blob/dev/src/DotNetty.Transport/Channels/Sockets/TcpSocketChannel.cs#L271-L288

2. https://github.com/dotnet/orleans/blob/master/src/Orleans.Core/Networking/Connection.cs#L282-L294

3. https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/winsock/scatter-gather-i-o-2

4. https://linux.die.net/man/2/writev

5. https://github.com/chenshuo/muduo/blob/d980315dc054b122612f423ee2e1316cb14bd3b5/muduo/net/Buffer.cc#L28-L38

6. https://github.com/Azure/DotNetty/blob/dev/src/DotNetty.Transport.Libuv/Native/WriteRequest.cs#L106-L128

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