Пределы QUdpSocket в высокочастотных средах

Question

У меня есть задача обработки данных UDP со скоростью чтения ~ 10 кГц. Я работаю с Qt 5.13.1 (MinGW32), поэтому я попытался использовать QUdpSocket. Я сделал простую тестовую программу, но результаты немного разочаровывают. Сигнал readyRead() слишком медленный. По какой-то причине я получаю задержки более 1 или 2 мс каждые 2-4 сигнала. Я сделал простой счетчик пакетов и сравнил его с тем, что вижу в wireshark. Конечно же, есть потеря пакета.

Что я могу сделать, чтобы улучшить производительность? Или, может быть, это просто предел цикла событий Qt?

Я запускаю его с Qt Creator 4.10.0. На Windows 7.

Обновление: С вашими советами: Я попробовал:

1. Перемещение сокета в другой поток. Это дает немного больше производительности .. очень немного

2. LowDelayOption = 1 - я не заметил никаких изменений

3. ReceiveBufferSizeSocketOption - я не сделалзаметить любые изменения

4. Не использовать QDebug во время чтения - я не проверял его, просто используйте для сбора статистики

udpproc.h

#ifndef UDPPROC_H
#define UDPPROC_H

#include "QObject"
#include "QUdpSocket"
#include "QHostAddress"
#include "QThread"

#include "QDebug"
#include "networker.h"

class UDPProc : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    UDPProc();
    ~UDPProc();
private:
    QUdpSocket dataServerSocket;
    NetWorker* netWorker;
    QThread netThread;


};

#endif // UDPPROC_H

udpproc.cpp

UDPProc :: UDPProc () {

netWorker = new NetWorker(&dataServerSocket);
netWorker->moveToThread(&netThread);
netWorker->getInnerLoop()->moveToThread(&netThread);

connect(&netThread, SIGNAL(started()), netWorker, SLOT(serverSocketProccessing()));
connect(&this->dataServerSocket, SIGNAL(readyRead()), netWorker->getInnerLoop(), SLOT(quit()));

QString address = "127.0.0.3:16402";
QHostAddress ip(address.split(":").at(0));
quint16 port = address.split(":").at(1).toUShort();
dataServerSocket.bind(ip, port);

//dataServerSocket.setSocketOption(QAbstractSocket::LowDelayOption, 1);
dataServerSocket.moveToThread(&netThread);

netThread.start();

//dataServerSocket.setSocketOption(QAbstractSocket::ReceiveBufferSizeSocketOption, 128000);
//qDebug()<<dataServerSocket.socketOption(QAbstractSocket::ReceiveBufferSizeSocketOption).toInt();

}

networker.h

#ifndef NETWORKER_H
#define NETWORKER_H

#include <QObject>
#include "QElapsedTimer"
#include "QEventLoop"
#include "QUdpSocket"
#include "QVector"

class NetWorker : public QObject
{
    Q_OBJECT
private:

    QElapsedTimer timer;
    QVector<long long> times;

    QEventLoop loop;
    QUdpSocket *dataServerSocket;

    char buffer[16286];
    int cnt = 0;
public:
    NetWorker(QUdpSocket *dataServerSocket);
    ~NetWorker();
    QEventLoop * getInnerLoop();

public slots:
    void serverSocketProccessing();

};

#endif // NETWORKER_H

networker.cpp

#include "networker.h"

NetWorker::NetWorker(QUdpSocket *dataServerSocket)
{
    this->dataServerSocket = dataServerSocket;
}

NetWorker::~NetWorker()
{
    delete dataServerSocket;
}

QEventLoop *NetWorker::getInnerLoop()
{
    return &loop;
}

void NetWorker::serverSocketProccessing()
{
    while(true){
        timer.start();
        loop.exec();
        times<<timer.nsecsElapsed();
        while(dataServerSocket->hasPendingDatagrams()){
            dataServerSocket->readDatagram(buffer, dataServerSocket->pendingDatagramSize());
        }
        if (times.size() >= 10000){
            long long sum = 0;
            for (int x : times){
                //qDebug()<<x;
                sum += x;
            }
            qDebug() << "mean: "<<sum/times.size();
            break;
        }

    }
}

Answer 1

Вы не можете получать пакеты сокетов в Windows с такой высокой скоростью. Это предел операционной системы. Даже используя QAbstractSocket :: LowDelayOption и, если вы переместите свой принимающий код в бесконечный цикл, такой как:

socket->setSocketOption(QAbstractSocket::LowDelayOption, 1);
...

for (;;)
{
    if(socket->waitForReadyRead(1)) // waits for some events anyway
    {
        // read here
    }
}

В качестве альтернативы, вы можете встроить некоторое поле временного кода в свою структуру пакета данных и отправитьнесколько пакетов вместе или использовать какое-то соединение, где нет потерянных пакетов. Например, используйте TCP-соединение + транзакции , поскольку для сокета возможны следующие ситуации:

• Получен полный пакет
• Получена только часть пакета
• Получено несколько пакетов вместе

Также, не пытайтесь изменить readBufferSize:

Если размер буфера ограничен определеннымsize, QAbstractSocket не буферизует больше, чем этот размер данных. В исключительных случаях размер буфера 0 означает, что буфер чтения не ограничен и все входящие данные буферизуются. Это значение по умолчанию.

Этот параметр полезен, если вы читаете данные только в определенные моменты времени (например, в потоковом приложении в реальном времени) или если вы хотите защитить свой сокет от получения слишком большого количества данных. , что может в конечном итоге привести к нехватке памяти в вашем приложении.

Только QTcpSocket использует внутренний буфер QAbstractSocket;QUdpSocket вообще не использует буферизацию, а скорее полагается на неявную буферизацию, предоставляемую операционной системой. Из-за этого вызов этой функции в QUdpSocket не имеет никакого эффекта.

Answer 2

При измерении критических по времени разделов вашего кода я рекомендую избегать использования qDebug (или любой другой медленной функции печати / отладки). Это может оказать слишком большое влияние на ваши фактические измерения.

Я предлагаю вам сохранить временные значения, полученные от QElapsedTimer, в отдельный контейнер (например, QVector, или просто один qint64, который вы усредняете повремя) и показывать сообщения отладки только время от времени (каждую секунду или только в конце). Таким образом, накладные расходы, вызванные измерением, оказывают меньшее влияние. Усреднение за более длительный период времени также поможет с отклонением результатов ваших измерений.

Я также рекомендую вам использовать QElapsedTimer :: nsecsElapsed, чтобы избежать проблем с округлением в высокочастотных ситуациях, потому что QElapsedTiemr :: elapsed всегда будетокругление до ближайшей миллисекунды (и вы уже измеряете объект в пределах 1 мс).

Вы всегда можете преобразовать наносекунды в миллисекунды позже, когда фактически показывает результаты.

Каков размерданные, которые вы получаете с частотой 10 кГц?