quinn源码解析:QUIC数据包是如何发送的

quinn源码解析:QUIC数据包是如何发送的

  • 简介
  • QUIC协议中的概念
    • endpoint(端点)
    • connection(连接)
    • Stream(流)
    • Frame (帧)
  • 发包过程解析
    • SendStream::write_all
    • ConnectionDriver
    • EndpointDriver

简介

quinn是Rust编程语言中用于实现QUIC(Quick UDP Internet Connections)协议的一个crate(包)。它提供了一个高级别的API,用于构建基于QUIC的网络应用程序。quinn crate的设计目标是提供一个简洁、安全和高性能的QUIC实现。它内部使用了Rust的异步编程模型(async/await),使得编写异步网络代码更加方便和高效。
本文主要介绍其发送数据的流程

QUIC协议中的概念

endpoint(端点)

在QUIC(Quick UDP Internet Connections)协议中,Endpoint(端点)是指QUIC连接的一端,可以是客户端或服务器。每个端点都有自己的网络地址,并与其他端点进行通信以建立和管理QUIC连接。在quinn中,endpoint对应一个操作系统的socket。例如client的Endpoint创建时就是bind了一个本地的地址。

    pub fn client(addr: SocketAddr) -> io::Result<Self> {
        let socket = std::net::UdpSocket::bind(addr)?;
        let runtime = default_runtime()
            .ok_or_else(|| io::Error::new(io::ErrorKind::Other, "no async runtime found"))?;
        Self::new_with_runtime(
            EndpointConfig::default(),
            None,
            runtime.wrap_udp_socket(socket)?,
            runtime,
        )
    }

connection(连接)

两个endpoint之间可以建立connection,并且一个endpoint可以向多个endpoint建立连接。

注意与TCP不同的是,QUIC的一个socket可以同时向多个其他socket建立连接。而TCP中每一个连接都对应client和server端的两个socket。

在这里插入图片描述

Stream(流)

一条连接可以同时存在多条流,每条流上的数据相互独立,一条流发生阻塞不会影响其他流。(TCP相当于只有一条流,所以会有对头阻塞的缺陷。)

client的流ID为奇数,server的流ID为偶数

在这里插入图片描述

Frame (帧)

流是抽象出的概念,而实际上在链路上传输的只是不同的帧,不同流的帧中会有流ID用于标识此帧属于哪条流,接收端收到后根据流ID将对应的帧放入对应的流缓冲区。
在这里插入图片描述

发包过程解析

以官方的client Example为例。其关键步骤如下述伪代码所示,主要包括:创建endpoint、创建连接、创建流、最后写入数据。

 //创建endpoint
 let mut endpoint = quinn::Endpoint::client("[::]:0".parse().unwrap())?; 
    ...
    //创建连接
    let conn = endpoint
        .connect(remote, host)?
        .await
        .map_err(|e| anyhow!("failed to connect: {}", e))?;
    //创建流
    let (mut send, mut recv) = conn
        .open_bi()
        .await
        .map_err(|e| anyhow!("failed to open stream: {}", e))?;

	//写数据
    send.write_all(request.as_bytes())
        .await
        .map_err(|e| anyhow!("failed to send request: {}", e))?;

SendStream::write_all

首先我们以流写入数据为切入点来看。
write_all接口实际上是产生了一个WriteAllFuture,数据会暂时放在WriteAll结构体里。当Runtime(默认为Tokio的运行时)下一次pollFuture时才会将数据写入到该流的缓冲区中。

impl<'a> Future for WriteAll<'a> {
    type Output = Result<(), WriteError>;
    fn poll(self: Pin<&mut Self>, cx: &mut Context) -> Poll<Self::Output> {
        let this = self.get_mut();
        loop {
            if this.buf.is_empty() {
                return Poll::Ready(Ok(()));
            }
            let buf = this.buf;
            #将数据写入缓冲区
            let n = ready!(this.stream.execute_poll(cx, |s| s.write(buf)))?;
            this.buf = &this.buf[n..];
        }
    }
}

注意向流的缓冲区写数据时,是经过了流控逻辑的:当可写空间为0时,写操作会被block。可写空间一般由send_window-unacked_datasend_windowunacked_data都是连接级的,所有流都受此限制。send_window是开始时设置的,此值决定整个连接的发送缓冲区的峰值大小。当应用连接数较多时应该谨慎设置此值,避免因内存占用过多而引起OOM。

    /// Returns the maximum amount of data this is allowed to be written on the connection
    pub(crate) fn write_limit(&self) -> u64 {
        (self.max_data - self.data_sent).min(self.send_window - self.unacked_data)
    }

写入的数据最终又被暂时放在SendBufferunacked_segments里。

impl SendBuffer {
    /// Append application data to the end of the stream
    pub(super) fn write(&mut self, data: Bytes) {
        self.unacked_len += data.len();
        self.offset += data.len() as u64;
        self.unacked_segments.push_back(data);
    }
}

到这里,write_all这个操作就算是结束了。那么放入缓冲区的数据又是如何进一步被发送的呢?

ConnectionDriver

我们把视线回到 endpoint.connect(remote, host)?.await,在连接建立时,产生了一个ConnectionDriverFuture,此ConnectionDriver一产生就被丢进runtime中去持续地执行了。

        runtime.spawn(Box::pin(
            ConnectionDriver(conn.clone()).instrument(Span::current()),
        ));

而这个ConnectionDriver在被poll时最终会调用Connection::poll_transmit–>Connection::populate_packet获取将要发送的帧

    fn populate_packet(
        &mut self,
        now: Instant,
        space_id: SpaceId,
        buf: &mut BytesMut,
        max_size: usize,
        pn: u64,
    ) -> SentFrames {
        let mut sent = SentFrames::default();

		...
		...

        // STREAM
        if space_id == SpaceId::Data {
            sent.stream_frames = self.streams.write_stream_frames(buf, max_size);
            self.stats.frame_tx.stream += sent.stream_frames.len() as u64;
        }

        sent
    }

StreamsState::write_stream_frames方法中从优先级队列中取出优先级最高的流并将其数据写入buf,如果流的数据都已发送完毕则将此流从优先级队列中取出。

pub(crate) fn write_stream_frames(
        &mut self,
        buf: &mut BytesMut,
        max_buf_size: usize,
    ) -> StreamMetaVec {
        let mut stream_frames = StreamMetaVec::new();
        while buf.len() + frame::Stream::SIZE_BOUND < max_buf_size {
            if max_buf_size
                .checked_sub(buf.len() + frame::Stream::SIZE_BOUND)
                .is_none()
            {
                break;
            }
			//不同优先级的数量
            let num_levels = self.pending.len();
            //获取优先级最高的队列
            let mut level = match self.pending.peek_mut() {
                Some(x) => x,
                None => break,
            };
            // Poppping data from the front of the queue, storing as much data
            // as possible in a single frame, and enqueing sending further
            // remaining data at the end of the queue helps with fairness.
            // Other streams will have a chance to write data before we touch
            // this stream again.
            //从队列中拿到第一个流
            let id = match level.queue.get_mut().pop_front() {
                Some(x) => x,
                None => {
                    debug_assert!(
                        num_levels == 1,
                        "An empty queue is only allowed for a single level"
                    );
                    break;
                }
            };
            //拿到具体的流
            let stream = match self.send.get_mut(&id) {
                Some(s) => s,
                // Stream was reset with pending data and the reset was acknowledged
                None => continue,
            };

            // Reset streams aren't removed from the pending list and still exist while the peer
            // hasn't acknowledged the reset, but should not generate STREAM frames, so we need to
            // check for them explicitly.
            if stream.is_reset() {
                continue;
            }

            // Now that we know the `StreamId`, we can better account for how many bytes
            // are required to encode it.
            let max_buf_size = max_buf_size - buf.len() - 1 - VarInt::size(id.into());
            //从流中获取到本次要写的偏移量
            let (offsets, encode_length) = stream.pending.poll_transmit(max_buf_size);
            //如果流中的数据都已经发送完,则将此流从pending队列中移除
            let fin = offsets.end == stream.pending.offset()
                && matches!(stream.state, SendState::DataSent { .. });
            if fin {
                stream.fin_pending = false;
            }

            if stream.is_pending() {
                if level.priority == stream.priority {
                    // Enqueue for the same level
                    level.queue.get_mut().push_back(id);
                } else {
                    // Enqueue for a different level. If the current level is empty, drop it
                    if level.queue.borrow().is_empty() && num_levels != 1 {
                        // We keep the last level around even in empty form so that
                        // the next insert doesn't have to reallocate the queue
                        PeekMut::pop(level);
                    } else {
                        drop(level);
                    }
                    push_pending(&mut self.pending, id, stream.priority);
                }
            } else if level.queue.borrow().is_empty() && num_levels != 1 {
                // We keep the last level around even in empty form so that
                // the next insert doesn't have to reallocate the queue
                PeekMut::pop(level);
            }

            let meta = frame::StreamMeta { id, offsets, fin };
            trace!(id = %meta.id, off = meta.offsets.start, len = meta.offsets.end - meta.offsets.start, fin = meta.fin, "STREAM");
            //写入帧的头部
            meta.encode(encode_length, buf);

            // The range might not be retrievable in a single `get` if it is
            // stored in noncontiguous fashion. Therefore this loop iterates
            // until the range is fully copied into the frame.
            let mut offsets = meta.offsets.clone();
            while offsets.start != offsets.end {
                let data = stream.pending.get(offsets.clone());
                offsets.start += data.len() as u64;
                //写入具体数据
                buf.put_slice(data);
            }
            stream_frames.push(meta);
        }

        stream_frames
    }

到了这里,要发送的数据实际上还是暂存在缓冲区了。然后又以EndpointEvent::Transmit事件的方式通过channel发送到endpoint的协程里。

fn drive_transmit(&mut self) -> bool {
        let now = Instant::now();
        let mut transmits = 0;

        let max_datagrams = self.socket.max_transmit_segments();
        let capacity = self.inner.current_mtu();
        let mut buffer = BytesMut::with_capacity(capacity as usize);

        while let Some(t) = self.inner.poll_transmit(now, max_datagrams, &mut buffer) {
            transmits += match t.segment_size {
                None => 1,
                Some(s) => (t.size + s - 1) / s, // round up
            };
            // If the endpoint driver is gone, noop.
            let size = t.size;
            //将要发送的数据发送到endpoint协程
            let _ = self.endpoint_events.send((
                self.handle,
                EndpointEvent::Transmit(t, buffer.split_to(size).freeze()),
            ));

            if transmits >= MAX_TRANSMIT_DATAGRAMS {
                // TODO: What isn't ideal here yet is that if we don't poll all
                // datagrams that could be sent we don't go into the `app_limited`
                // state and CWND continues to grow until we get here the next time.
                // See https://github.com/quinn-rs/quinn/issues/1126
                return true;
            }
        }

        false
    }

ConnectionDriver的任务到这里就完成了,总的来说ConnectionDriver的任务就是从流中取出数据,并最终将数据通过channel发送给endpoint

EndpointDriver

connection的逻辑类似,endpoints建立时就已经spawn了一个EndpointDriver在后台一直poll,正是在poll方法中会处理来自ConnectionDriver发来的events,并写入outgoing缓冲区中。

    fn handle_events(&mut self, cx: &mut Context, shared: &Shared) -> bool {
        use EndpointEvent::*;
        for _ in 0..IO_LOOP_BOUND {
            match self.events.poll_recv(cx) {
                Poll::Ready(Some((ch, event))) => match event {
                    ...
                    ...
                    //接受从ConnectionDriver发过来的Transmit,并写入到outgoing缓冲区中
                    Transmit(t, buf) => {
                        let contents_len = buf.len();
                        self.outgoing.push_back(udp_transmit(t, buf));
                        self.transmit_queue_contents_len = self
                            .transmit_queue_contents_len
                            .saturating_add(contents_len);
                    }
                },
                Poll::Ready(None) => unreachable!("EndpointInner owns one sender"),
                Poll::Pending => {
                    return false;
                }
            }
        }

        true
    }

drive_send中从outgoing缓冲区中取出数据并写入socket

 fn drive_send(&mut self, cx: &mut Context) -> Result<bool, io::Error> {
        self.send_limiter.start_cycle();

        let result = loop {
            if self.outgoing.is_empty() {
                break Ok(false);
            }

            if !self.send_limiter.allow_work() {
                break Ok(true);
            }
			//实际写入
            match self.socket.poll_send(cx, self.outgoing.as_slices().0) {
                Poll::Ready(Ok(n)) => {
                    let contents_len: usize =
                        self.outgoing.drain(..n).map(|t| t.contents.len()).sum();
                    self.transmit_queue_contents_len = self
                        .transmit_queue_contents_len
                        .saturating_sub(contents_len);
                    // We count transmits instead of `poll_send` calls since the cost
                    // of a `sendmmsg` still linearly increases with number of packets.
                    self.send_limiter.record_work(n);
                }
                Poll::Pending => {
                    break Ok(false);
                }
                Poll::Ready(Err(e)) => {
                    break Err(e);
                }
            }
        };

        self.send_limiter.finish_cycle();
        result
    }

至此,整个发送过程就算完了。写入socket的数据由具体的操作系统底层去实现了。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mfbz.cn/a/166626.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

【Java】线程池源码解析

目录 一、线程池介绍 1.1、什么是线程池 1.2、线程池的工作原理 二、Executor框架接口 2.1、JDK提供的原生线程池 2.2、类关系 三、线程池核心源码分析 3.1、关键属性 3.2、状态控制 3.3、线程池状态的跃迁 3.4、execute方法源码分析 3.5、addWorker方法源码分析 3…

第五篇 《随机点名答题系统》——抽点答题详解(类抽奖系统、在线答题系统、线上答题系统、在线点名系统、线上点名系统、在线考试系统、线上考试系统)

目录 1.功能需求 2.界面设计 3.流程设计 4.关键代码 随机点名答题系统&#xff08;类抽奖系统、在线答题系统、线上答题系统、在线点名系统、线上点名系统、在线考试系统、线上考试系统&#xff09;&#xff0c;是基于php&#xff08;8.2.11&#xff09;&#xff0c;Java…

【汇编】[bx+idata]的寻址方式、SI和DI寄存器

文章目录 前言一、[bxidata]寻址方式1.1 [bxidata]的含义1.2 示例代码 二、SI和DI寄存器2.1 SI和DI寄存器是什么&#xff1f;2.2 [bxsi]和[bxdi]方式寻址2.3 [bxsiidata]和[bxdiidata] 总结 前言 在汇编语言中&#xff0c;寻址方式是指指令如何定位内存中的数据。BX寄存器与偏…

C#,数值计算——插值和外推,Laplace_interp的计算方法与源程序

1 文本格式 using System; namespace Legalsoft.Truffer { /// <summary> /// Object for interpolating missing data in a matrix by solving Laplaces /// equation.Call constructor once, then solve one or more times /// </summary> …

7 Redis的PipeLine

PipeLine的作用是批量执行命令 redis的性能瓶颈基本上是网络 import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.stereotype.Component; import redis.clients.jedis.Jedis; import redis.clients.jedis.JedisPool; import redis.…

应用开发平台集成表单设计器系列之3——整体集成思路及表单设计器功能深度了解

背景 平台需要实现自定义表单功能&#xff0c;作为低代码开发的一部分&#xff0c;通过技术预研和技术选型&#xff0c;选择form-create和form-create-designer这两个组件进行集成作为实现方案。通过深入了解和技术验证&#xff0c;确认了组件的功能能满足需求&#xff0c;具备…

迪克森电荷泵

迪克森电荷泵&#xff08;Dickson Charge Pump&#xff09;是一种电压倍增器电路&#xff0c;可以将低电压升高到较高电压&#xff0c;相对于其他电压升压电路&#xff0c;迪克森电荷泵具有较高的效率和较简单的电路结构。该电路的基本原理是通过电容和开关来实现电荷的积累和转…

数据结构 堆

手写堆&#xff0c;而非stl中的堆 如何手写一个堆&#xff1f; //将数组建成堆 <O(n) for (int i n / 2;i;i--) //从n/2开始down down(i); 从n/2元素开始down&#xff0c;最下面一层元素的个数是n/2&#xff0c;其余上面的元素的个数是n/2&#xff0c;从最下面一层到最高层…

《数字图像处理-OpenCV/Python》连载(44)图像的投影变换

《数字图像处理-OpenCV/Python》连载&#xff08;44&#xff09;图像的投影变换 本书京东优惠购书链接&#xff1a;https://item.jd.com/14098452.html 本书CSDN独家连载专栏&#xff1a;https://blog.csdn.net/youcans/category_12418787.html 第 6 章 图像的几何变换 几何变…

Open AI开发者大会:AI“科技春晚”

ChatGPT的亮相即将满一年之时&#xff0c;OpenAI举行了自己的首次开发者大会。OpenAI首席执行官Sam Altman宣布推出最新的大模型GPT-4 Turbo。正如“Turbo”一词的中文含义“涡轮增压器”一样&#xff0c;本次发布会上&#xff0c;OpenAI的这款最新大模型在长文本、知识库、多模…

V100 GPU服务器安装GPU驱动教程

大家好,我是爱编程的喵喵。双985硕士毕业,现担任全栈工程师一职,热衷于将数据思维应用到工作与生活中。从事机器学习以及相关的前后端开发工作。曾在阿里云、科大讯飞、CCF等比赛获得多次Top名次。现为CSDN博客专家、人工智能领域优质创作者。喜欢通过博客创作的方式对所学的…

计算机网络——物理层-信道的极限容量(奈奎斯特公式、香农公式)

目录 介绍 奈氏准则 香农公式 介绍 信号在传输过程中&#xff0c;会受到各种因素的影响。 如图所示&#xff0c;这是一个数字信号。 当它通过实际的信道后&#xff0c;波形会产生失真&#xff1b;当失真不严重时&#xff0c;在输出端还可根据已失真的波形还原出发送的码元…

Go语言常用命令详解(二)

文章目录 前言常用命令go bug示例参数说明 go doc示例参数说明 go env示例 go fix示例 go fmt示例 go generate示例 总结写在最后 前言 接着上一篇继续介绍Go语言的常用命令 常用命令 以下是一些常用的Go命令&#xff0c;这些命令可以帮助您在Go开发中进行编译、测试、运行和…

Linux性能分析——TOP命令详解

我的圈子&#xff1a; 高级工程师聚集地 我是董哥&#xff0c;高级嵌入式软件开发工程师&#xff0c;从事嵌入式Linux驱动开发和系统开发&#xff0c;曾就职于世界500强公司&#xff01; 创作理念&#xff1a;专注分享高质量嵌入式文章&#xff0c;让大家读有所得&#xff01; …

JVM垃圾回收相关概念

目录 一、System.gc()的理解 二、内存溢出与内存泄露 &#xff08;一&#xff09;OOM &#xff08;二&#xff09;内存泄露 三、StopTheWorld 四、垃圾回收的并行与并发 五、安全点与安全区域 &#xff08;一&#xff09;安全点 &#xff08;二&#xff09;安全区域 …

【原创】WeChat Server搭建

功能 微信公众号的后端&#xff0c;为其他系统提供微信登录验证功能 源码地址 https://github.com/songquanpeng/wechat-server 创建MySQL数据库 宝塔\数据库\MySQL 添加数据库 数据库名&#xff1a;wechat_server 用户名&#xff1a;wechat_server 密码&#xff1a;fZNB…

拷贝对象时编译器的一些优化

在传参和传值返回的过程中&#xff0c;编译器会通过一些优化减少拷贝的次数。 class A { public:A():_a(1){cout << "A()" << endl;}A(const A& aa):_a(aa._a){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator(const …

上海亚商投顾:三大指数小幅上涨 HBM概念股全天强势

上海亚商投顾前言&#xff1a;无惧大盘涨跌&#xff0c;解密龙虎榜资金&#xff0c;跟踪一线游资和机构资金动向&#xff0c;识别短期热点和强势个股。 一.市场情绪 三大指数早盘窄幅震荡&#xff0c;午后集体拉升翻红&#xff0c;黄白二线走势分化&#xff0c;题材热点快速轮…

JavaScript的学习,就这一篇就OK了!(超详细)

目录 Day27 JavaScript(1) 1、JS的引入方式 2、ECMAScript基本语法 3、ECMAScript 基本数据类型​编辑 3.1 数字类型 3.2 字符串 3.3 布尔值 3.4 空值&#xff08;Undefined和Null&#xff09; 3.5 类型转换 3.6 原始值和引用值 4、运算符 5、流程控制语句 5.1 分…

初刷leetcode题目(3)——数据结构与算法

&#x1f636;‍&#x1f32b;️&#x1f636;‍&#x1f32b;️&#x1f636;‍&#x1f32b;️&#x1f636;‍&#x1f32b;️Take your time ! &#x1f636;‍&#x1f32b;️&#x1f636;‍&#x1f32b;️&#x1f636;‍&#x1f32b;️&#x1f636;‍&#x1f32b;️…