kcp-go源码解析

kcp-go源码解析

对kcp-go的源码解析,有错误之处,请一定告之。
sheepbao 2017.0612

概念

ARQ:自动重传请求(Automatic Repeat-reQuest,ARQ)是OSI模型中数据链路层的错误纠正协议之一.
RTO:Retransmission TimeOut
FEC:Forward Error Correction

kcp简介

kcp是一个基于udp实现快速、可靠、向前纠错的的协议,能以比TCP浪费10%-20%的带宽的代价,换取平均延迟降低30%-40%,且最大延迟降低三倍的传输效果。纯算法实现,并不负责底层协议(如UDP)的收发。查看官方文档kcp

kcp-go是用go实现了kcp协议的一个库,其实kcp类似tcp,协议的实现也很多参考tcp协议的实现,滑动窗口,快速重传,选择性重传,慢启动等。
kcp和tcp一样,也分客户端和监听端。

kcp协议

layer model

KCP header

KCP Header Format

代码结构

着重研究两个文件kcp.gosess.go

kcp浅析

kcp是基于udp实现的,所有udp的实现这里不做介绍,kcp做的事情就是怎么封装udp的数据和怎么解析udp的数据,再加各种处理机制,为了重传,拥塞控制,纠错等。下面介绍kcp客户端和服务端整体实现的流程,只是大概介绍一下函数流,不做详细解析,详细解析看后面数据流的解析。

kcp client整体函数流

和tcp一样,kcp要连接服务端需要先拨号,但是和tcp有个很大的不同是,即使服务端没有启动,客户端一样可以拨号成功,因为实际上这里的拨号没有发送任何信息,而tcp在这里需要三次握手。

客户端大体的流程如上面所示,先Dial,建立udp连接,将这个连接封装成一个会话,然后启动一个go程,接收udp的消息。

kcp server整体函数流

服务端的大体流程如上图所示,先Listen,启动udp监听,接着用一个go程监控udp的数据包,负责将不同session的数据写入不同的udp连接,然后解析封装将数据交给上层。

kcp 数据流详细解析

不管是kcp的客户端还是服务端,他们都有io行为,就是读与写,我们只分析一个就好了,因为它们读写的实现是一样的,这里分析客户端的读与写。

kcp client 发送消息

读写都是在sess.go文件中实现的,Write方法:

假设发送一个hello消息,Write方法会先判断发送窗口是否已满,满的话该函数阻塞,不满则kcp.Send("hello"),而Send函数实现根据mss的值对数据分段,当然这里的发送的hello,长度太短,只分了一个段,并把它们插入发送的队列里。

接着判断参数writeDelay,如果参数设置为false,则立马发送消息,否则需要任务调度后才会触发发送,发送消息是由flush函数实现的。

flush函数非常的重要,kcp的重要参数都是在调节这个函数的行为,这个函数只有一个参数ackOnly,意思就是只发送ack,如果ackOnly为true的话,该函数只遍历ack列表,然后发送,就完事了。 如果不是,也会发送真实数据。 在发送数据前先进行windSize探测,如果开启了拥塞控制nc=0,则每次发送前检测服务端的winsize,如果服务端的winsize变小了,自身的winsize也要更着变小,来避免拥塞。如果没有开启拥塞控制,就按设置的winsize进行数据发送。
接着循环每个段数据,并判断每个段数据的是否该重发,还有什么时候重发:

  1. 如果这个段数据首次发送,则直接发送数据。
  2. 如果这个段数据的当前时间大于它自身重发的时间,也就是RTO,则重传消息。
  3. 如果这个段数据的ack丢失累计超过resent次数,则重传,也就是快速重传机制。这个resent参数由resend参数决定。
  4. 如果这个段数据的ack有丢失且没有新的数据段,则触发ER,ER相关信息ER

最后通过kcp.output发送消息hello,output是个回调函数,函数的实体是sess.go的:

output函数才是真正的将数据写入内核中,在写入之前先进行了fec编码,fec编码器的实现是用了一个开源库github.com/klauspost/reedsolomon,编码以后的hello就不是和原来的hello一样了,至少多了几个字节。 fec编码器有两个重要的参数reedsolomon.New(dataShards, parityShards, reedsolomon.WithMaxGoroutines(1)),dataShardsparityShards,这两个参数决定了fec的冗余度,冗余度越大抗丢包性就越强。

kcp的任务调度器

其实这里任务调度器是一个很简单的实现,用一个全局变量updater来管理session,代码文件为updater.go。其中最主要的函数

任务调度器实现了一个堆结构,每当有新的连接,session都会插入到这个堆里,接着for循环每隔interval时间,遍历这个堆,得到entry然后执行entry.s.update()。而entry.s.update()会执行s.kcp.flush(false)来发送数据。

总结

这里简单介绍了kcp的整体流程,详细介绍了发送数据的流程,但未介绍kcp接收数据的流程,其实在客户端发送数据后,服务端是需要返回ack的,而客户端也需要根据返回的ack来判断数据段是否需要重传还是在队列里清除该数据段。处理返回来的ack是在函数kcp.Input()函数实现的。具体详细流程下次再介绍。

原文地址:https://www.cnblogs.com/zhangboyu/p/7462138.html