Nagle算法

   说明：本文是最近项目上使用tcp时遇到的问题找到的原因，参考了网络上的几篇文章整理出来，如有版权问题，请留言。

   Nagle算法用于对缓冲区内的一定数量的消息进行自动连接。该处理过程(称为Nagling)，通过减少必须发送的封包的数量，提高了网络应用程序系统的效率。

1. Nagle算法的规则

  （可参考tcp_output.c文件里tcp_nagle_check函数注释）：
1）如果包长度达到MSS(MSS是最大分段大小Maxitum Segment Size ，MTU是最大传输单元Maxitum Transmission Unit)，则允许发送；
2）如果该包含有FIN，则允许发送；
3）设置了TCP_NODELAY选项，则允许发送；
4）未设置TCP_CORK选项时，若所有发出去的包均被确认，或所有发出去的小数据包(包长度小于MSS)均被确认，则允许发送。
   对于规则4），就是说一个TCP连接上最多只能有一个未被确认的小数据包，在该分组的确认到达之前，不能发送其他的小数据包。如果某个小分组的确认被延迟了，那么后续小分组的发送就会相应的延迟。也就是说延迟确认影响的并不只是被延迟确认的那个数据包，而是后续所有的应答包。

2. Nagle算法的门槛

   实际上Nagle算法并不是很复杂，他的主要职责是数据的累积，实际上有三个门槛：

1）缓冲区中的字节数达到了一定量；

2）等待了一定的时间（一般的Nagle算法都是等待200ms）；

3）紧急数据发送。

   这三个门槛的任何一个达到都必须发送数据了。一般情况下，如果数据流量很大，第二个条件是永远不会起作用的，但当发送小的数据包时，第二个门槛就发挥作用了，防止数据被无限的缓存在缓冲区不是好事情哦。 

3. Nagle算法的选项配置

   TCP_NODELAY和TCP_CORK都是禁用Nagle算法，只不过NODELAY完全关闭而TCP_CORK完全由自己决定发送时机。Linux文档上说两者不要同时设置。

3.1 TCP_NODELAY 选项

设置该选项: setsockopt(s,IPPRO_TCP,TCP_NODELAY,(const char*)&on,sizeof(int));
读取该选项: getsockopt(s,IPPRO_TCP,TCP_NODELAY,(char*)&on,&optlen);  

  

   默认情况下, 发送数据采用Nagle 算法. Nagle 算法是指发送方发送的数据不会立即发出,而是先放在缓冲区, 等缓存区满了再发出. 发送完一批数据后, 会等待接收方对这批数据的回应,然后再发送下一批数据。 

   Nagle 算法适用于发送方需要发送大批量数据, 并且接收方会及时作出回应的场合, 这种算法通过减少传输数据的次数来提高通信效率。

   如果发送方持续地发送小批量的数据, 并且接收方不一定会立即发送响应数据, 那么Nagle算法会使发送方运行很慢。

3.2 TCP_CORK选项

   TCP链接的过程中，默认开启Nagle算法，进行小包发送的优化。优化网络传输，兼顾网络延时和网络拥塞。这个时候可以置位TCP_NODELAY关闭Nagle算法，有数据包的话直接发送保证网络时效性。

   在进行大量数据发送的时候可以置位TCP_CORK关闭Nagle算法保证网络利用性。尽可能的进行数据的组包，以最大mtu传输，如果发送的数据包大小过小则如果在0.6~0.8S范围内都没能组装成一个MTU时，直接发送。如果发送的数据包大小足够间隔在0.45内时，每次组装一个MTU进行发送。如果间隔大于0.4~0.8S则，每过来一个数据包就直接发送。

   Nagle组织包的长度是由系统决定的，有时候我们知道我们会每个1分钟产生1字节，共1000字节。如果完全由Nagle算法来发送的话，可能还是会1字节1字节发送[这是一种极端情况，假设返回ACK时间不是很长]。这个时候首先设置TCP_CORK能够阻塞住TCP[尽量阻塞住]，等我们write完1000字节之后，取消TCP_CORK，这个时候就能够将1000字节一次发出。

总结：

   TCP_CORK选项与TCP_NODELAY一样，是控制Nagle化的。      

1）打开TCP_NODELAY选项，则意味着无论数据包是多么的小，都立即发送（不考虑拥塞窗口）。
2）如果将TCP连接比喻为一个管道，那TCP_CORK选项的作用就像一个塞子。            

   设置TCP_CORK选项，就是用塞子塞住管道，而取消TCP_CORK选项，就是将塞子拔掉。            

   当TCP_CORK选项被设置时，TCP链接不会发送任何的小包，即只有当数据量达到MSS时，才会被发送。

   一般当数据传输完成时，通常需要取消该选项，以防被塞住，这样才可以让不够MSS大小的包能及时发出去。

例如下面这段代码：

  1:  int on = 1;

  2:  setsockopt(sockfd, SOL_TCP, TCP_CORK, &on, sizeof(on)); //set TCP_CORK

  3:  write(sockfd, ...);    //e.g., http header

  4:  sendfile(sockfd, ...); //e.g., http body

  5:  on = 0;

  6:  setsockopt(sockfd, SOL_TCP, TCP_CORK, &on, sizeof(on)); //unset TCP_CORK