使用 UDP 进行写入和读取之间的长时间延迟

Question

我有一个 Raspberry Pi 4 运行ning 一个 C++ 程序，它通过 UDP 接收和发送数据。 RPi 被设置为 UDP 服务器。

UDP.hpp的代码是：

#pragma once

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string>

using namespace std;

/////GLOBAL CONSTANTS/////
const int c_PORT = 8080;

class UDP
{
private:
    int fdSocketUDP_;                  //File descriptor for UDP socket
    int ClientAddressLength_;          //Length of client address
    struct sockaddr_in ServerAddress_; //Struct handling internet address for server
    struct sockaddr_in ClientAddress_; //Struct handling internet address for client

public:
    UDP();                              //Initialize and bind socket
    ~UDP();                             //Close socket
    string readUDP(const int readSize); //Read via UDP protocol
    void writeUDP(string message);      //Write via UDP protocol
};

UDP.cpp 的代码是：

#include "udp.hpp"

UDP::UDP()
{
    if ((fdSocketUDP_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) //Create UDP socket
    {
        perror("Error - socket creation - udp.cpp");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    memset(&ServerAddress_, 0, sizeof(ServerAddress_)); //Sets ServerAddress_ to 0
    memset(&ClientAddress_, 0, sizeof(ClientAddress_)); //Sets ClientAddress_ to 0

    ServerAddress_.sin_family = AF_INET;         //Address family, must be AF_INET = IPv4
    ServerAddress_.sin_port = htons(c_PORT);     //PORT number, convert PORT number to network byte order using htons()
    ServerAddress_.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //IP-Address of host (server IP), INADDR_ANY gets this IP Address

    if (bind(fdSocketUDP_, (const struct sockaddr *)&ServerAddress_, sizeof(ServerAddress_)) < 0) //Bind the socket to ServerAddress_
    {
        perror("Error - socket bind - udp.cpp");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

UDP::~UDP()
{
    close(fdSocketUDP_); //Close socket
}

string UDP::readUDP(const int readSize)
{
    char readMsg[readSize] = {0}; //Read buffer
    ClientAddressLength_ = sizeof(ClientAddress_);

    if ((recvfrom(fdSocketUDP_, readMsg, readSize, 0, (struct sockaddr *)&ClientAddress_, (socklen_t *)&ClientAddressLength_)) < 0) //Receive data via UDP protocol
    {
        perror("Error - recvfrom - udp.cpp");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    string str(readMsg);           //Convert char array to string
    str = str.substr(0, readSize); //Make sure the string is the length of readsize
    return str;
}

void UDP::writeUDP(string message)
{
    //Make char array
    int writeSize = message.size();
    char writeMsg[writeSize + 1] = {'[=11=]'};

    //Convert string message to char array
    for (int i = 0; i < writeSize; i++)
    {
        writeMsg[i] = message[i];
    }

    if ((sendto(fdSocketUDP_, writeMsg, writeSize, 0, (const struct sockaddr *)&ClientAddress_, (socklen_t)ClientAddressLength_)) < 0) //Send data via UDP protocol
    {
        perror("Error - sendto - udp.cpp");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

然后我有一台 windows 10 笔记本电脑，运行ning 一个 Labview 程序，该程序也通过 UDP 接收和发送数据。笔记本电脑设置为 UDP 客户端。以下是 Labview 中 UDP 设置的一些示例。

图片1（打开UDP连接）：

图2（关闭UDP连接）：

图 3（在 Labview 中读写 UDP）：

以上，笔记本电脑上的Labview程序向树莓派发送3（“103”）+37（未显示）字节数据，然后从树莓派接收16字节数据。

笔记本电脑和树莓派通过本地网络上的 LAN 电缆连接。 RPi 使用 IP 地址 10.10.10.10 和端口 8080，笔记本电脑使用 IP 地址 10.10.10.1 和端口 1000。

下面是 Wireshark 测量，它测量 RPi 和笔记本电脑之间不同的发送和接收命令之间的时间。

图 4（wireshark 测量）：

RPi 使用 "Len=3" 来确定 C++ 代码中运行的功能。 "Len=52" 和 "Len=37" 是从笔记本电脑 (Labview) 发送到 RPi（C++ 代码）的数据。 "Len=16" 是从树莓派发送到笔记本电脑的数据。

笔记本电脑首先向树莓派发送3+52字节的数据（客户端向服务器发送数据）。然后笔记本电脑向 RPi 发送 3+37 字节的数据（客户端向服务器发送数据）。 RPi 然后将 16 个字节的数据发送回笔记本电脑（服务器将数据发送到客户端）......等等。

一条命令（3+52 字节或 3+37+16 字节）大约需要 8 毫秒才能完成，每条命令之间的延迟（平均）约为 2 毫秒。如您所见，RPi 和笔记本电脑之间的数据大小 "relatively" 很小（3/37/52 字节）。

现在我的问题是： 有时命令之间会有约 20 毫秒的延迟（比平均约 2 毫秒长 10 倍），我不知道为什么。 ..（这在图 4 中用红点显示）。这种延迟通常发生在 RPi（UDP 服务器）向笔记本电脑（UDP 客户端 - 16 字节数据）发送数据之后，但它可能发生在不同的地方，如图 4 所示（在笔记本电脑向 RPi 发送 52 字节之后） ).我认为它与UDP有关，也许与设置有关，也许与ARP有关，但我不知道。我试过对 RPi 超频，调整 RPi 上 C++ 程序的优先级，调整 C++ 代码，但这似乎不是瓶颈。

这就像笔记本电脑和树莓派之间的 UDP 连接有时是 "lost" 或 "paused"，然后需要一些时间才能使连接恢复正常。

Answer 1

我找到了解决问题的办法。为了解决长时间延迟，我不得不降低 UDP 读取缓冲区，因为我只通过 UDP 发送小包。

为此，我格式化了 RPi 上的 sysctl.conf 文件，该文件位于 /etc 文件夹中。我添加了以下行：

net.core.rmem_default = 4096

net.core.rmem_max = 4096

使用 UDP 进行写入和读取之间的长时间延迟

Long delay between a write and a read using UDP

c++

labview

udp

client-server

raspberry-pi