Iperf 源代码分析（一）

‍概述
    前段时间学习Linux网络编程的有关知识，希望看一看这些网络编程的技术在实际的代码中是如何运用的。正巧实验室的项目中使用了开源网络性能测试软件Iperf，于是便初步分析了Iperf的源代码。现将分析代码的点滴收获写在我的Blog上，希望各位高人多多指教。

    Iperf 是美国伊利诺斯大学（University of Illinois）开发的一种网络性能测试工具。可以用来测试网络节点间TCP或UDP连接的性能，包括带宽、延时抖动（jitter，适用于UDP）以及误码率（适用于UDP）等。关于Iperf的下载、安装以及详细的使用方法，可以参照：http://iperf.fr/

    Iperf是按照Server-Client范型工作的。

    在连接的一端使用以下命令启动Server：
    iperf -s

    在连接的另一端启动Client:
    iperf -c 1.1.1.1

    此处假设Server端的IP地址为1.1.1.1。

    经过一段测试时间（默认为10秒），在Server端和Client端就会打印出网络连接的各种性能参数。Iperf作为一种功能完备的测试工具，还提供了各种选项，例如是建立TCP连接还是UDP连接、测试时间、测试应传输的字节总数、测试模式等。而测试模式又分为单向测试（Normal Test）、同时双向测试（Dual Test）和交替双向测试（Tradeoff Test）。此外，用户可以指定测试的线程数。这些线程各自独立的完成测试，并可报告各自的以及汇总的统计数据。对于Iperf的详细使用方法以及命令行参数的意义，请参照上面的网页。

    Iperf是用C++语言实现的，对设计中的各种结构和功能单元都按照面向对象的思想进行建模。它主要用到了 Unix系统编程中两个主要的部分：Socket网络编程和多线程编程。因此，通过分析Iperf的源代码，我们就可以在实际的例子中学习面向对象编程， Socket网络编程以及多线程编程的技术。同时，Iperf实现的功能比较简单，代码并不复杂，而且功能比较单一。因此，Iperf是我们研究Unix 系统编程技术的一个很好的学习对象。

    我所分析的是Iperf 1.7.0版的源代码。需要说明的是，Iperf的源代码中既包含了对应于Unix的部分，也包含了对应于Windows的部分。这两部分是通过条件编译的预处理语句分别编译的。我仅对Unix部分的代码进行分析。

Iperf提供的库

    在开发Iperf的过程中，开发者把 Socket编程和多线程编程中经常用到的一些系统调用封装成对象，屏蔽了底层函数的复杂接口，提供了模块化和面向对象的机制，也为我们提供了一些非常实用的编程工具，我们可以在实现自己的程序时复用这些类。由于这些类实现的源代码都比较简单，也为我们修改前人的代码实现自己的功能提供了方便。

    这些类的定义与实现都在源代码文件夹的lib子文件夹下。主要包括以下一些对象：

SocketAddr类：封装了Socket接口中的网络地址结构（sockaddr_in等）以及各种地址转换的系统调用（gethostbyname、gethostbyaddr、inet_ntop等）；
Socket类：封装了socket文件描述符，以及socket、listen、connect等系统调用；
Mutex类以及Condition类：封装了POSIX标准中的mutex和condition（条件变量）线程同步机制；
Thread类：封装了POSIX标准中的多线程机制，提供了一种简单易用的线程模型；
Timestamp类：通过Unix系统调用gettimeofday实现了一个时间戳对象，提供了获得当前时间戳，计算两个时间戳之间的先后关系等方法。

    此外，在lib文件夹中还包括一些Iperf的实现提供的实用工具函数，包括endian.c文件中的字节序转换函数、gnu_getopt文件中的命令行参数处理函数、snprintf文件中的字符串格式化函数、signal.c文件中的与信号处理有关的函数、 string.c文件中的字符处理函数、tcp_window_size.c文件中的TCP窗口大小处理函数等。

    接下来对lib文件夹中的一些比较重要的类和函数进行说明。