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date created: 星期一, 十一月 24日 2025, 4:14:06 下午
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date modified: 星期一, 十一月 24日 2025, 4:48:23 下午
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# 2.4.1 传输层拓扑与套接字模型 (Transport Layer Topology & Socket Model)
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## 1. 传输拓扑：UDP 单播直连 (UDP Unicast Direct)
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- **基线决策**：采用 **UDP 单播 (Unicast)**，由 `DisplayController` 绑定本地网卡，直接向配置的显控终端 IP 发送数据。
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- **设计论证**：
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- **去中心化**：避免了组播（Multicast）对交换机 IGMP Snooping 配置的依赖，降低部署复杂度。
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- **无状态**：相比 TCP，UDP 无需维护连接状态（三次握手/四次挥手），消除 `TIME_WAIT` 资源占用，最适合“发后即忘（Fire-and-Forget）”的遥测场景。
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- **隔离性**：点对点发送天然隔离了网络风暴，若存在多个显控终端，建议通过应用层复制分发（Application-Layer Fanout），而非网络层组播，以实现对不同终端的差异化流控（例如：给指挥屏发全量数据，给监控屏发降级数据）。
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## 2. 套接字模型：非阻塞 + 边缘触发 (Non-blocking + Epoll ET)
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为了支撑高频率（如 100Hz+）的数据刷新而不阻塞业务线程，必须采用全异步 I/O 模型。
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- **模式基线**：**Non-blocking Socket** + **Epoll Edge Triggered (ET)**。
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- **核心策略：“写优先，等其次” (Write-First, Wait-Later)**
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- **传统误区**：很多设计是先 `epoll_wait` 等到 `EPOLLOUT` 再写。这在高吞吐场景下是低效的，因为 99% 的时间网络都是可写的，无谓的 `epoll_wait` 增加了系统调用开销。
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- **基线逻辑**：
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1. **直接发送**：业务线程或发送线程直接调用 `sendto()`。
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2. **处理拥塞**：仅当 `sendto()` 返回 `EAGAIN` / `EWOULDBLOCK`（内核缓冲区满）时，才将 Socket 加入 `epoll` 监听 `EPOLLOUT` 事件。
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3. **恢复发送**：当 `epoll` 通知可写时，继续发送剩余数据，并立即移除监听，回归“直接发送”模式。
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## 3. 关键配置参数深度解析 (Parameter Tuning)
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这里我们不硬定“8MB”，而是给出**基于场景的计算逻辑**。
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### 3.1 发送缓冲区 (`SO_SNDBUF`)：突发吸收器
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- **设计目标**：吸收 **微突发 (Micro-burst)**。雷达数据通常是脉冲式的，一个 CPI 处理完会瞬间产生大量点迹/航迹数据。Socket 缓冲区必须足够大，能完全容纳“最大可能的单次突发数据量”，让网卡以物理线速慢慢发出去，而不是让应用程序阻塞。
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- 计算公式：
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$$
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\text{Target Buffer} = \text{Max\_Burst\_Size} \times \text{Safety\_Factor}$$
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- _Max_Burst_Size_：假设最大工况下，一帧（CPI）产生的点迹 + 航迹 + 回波切片总大小。例如：1000 个点迹 (x 64B) + 200 航迹 (x 128B) + 回波切片 (256KB) $\approx$ 350KB。
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- _Safety_Factor_：考虑到 OS 调度抖动，可能连续积压 2-3 帧数据。取系数 4。
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- _计算结果_：$350\text{KB} \times 4 \approx 1.4\text{MB}$。
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- **配置建议**：
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- **基线值**：动态计算或设置为 **4MB - 8MB**（留有充足余量）。对于现代服务器内存而言，这个开销极低，但收益（零阻塞）巨大。
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- **实施**：`setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &size, …)`。注意 Linux 内核会将设置值翻倍以用于元数据，实际可用空间即为设定值。
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### 3.2 服务质量标记 (`IP_TOS` / DSCP)：网络特权
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- **设计目标**：告诉交换机和路由器，这股数据流是“VIP”，在网络拥塞时优先转发，最后丢弃。
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- **参数选择**：
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- **DSCP (Differentiated Services Code Point)**：推荐使用 **EF (Expedited Forwarding, 0x2E)** 或 **CS6 (0x30)**。这是仅次于网络控制信令（CS7）的最高优先级，通常用于 VoIP 语音或实时控制数据。
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- **实施**：
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```cpp
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int tos = 0xB8; // DSCP EF (101110) << 2
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setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_TOS, &tos, sizeof(tos));
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```
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### 3.3 路径 MTU 发现 (PMTU Discovery)：避免分片
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- **现状**：虽然采集链路用了 JUMBO Frame (9000)，但**显控链路通常经过普通交换机或公网，MTU 往往限制在 1500**。
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- **策略**：
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- **强制禁止分片 (`IP_MTU_DISCOVER` = `IP_PMTUDISC_DO`)**：让内核在数据包超过 MTU 时直接报错 `EMSGSIZE`，而不是默默分片（IP 分片会严重降低 UDP 可靠性，一个分片丢失导致整个包作废）。
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- **应用层分包**：`DisplayController` 必须根据实际 MTU（如 1472 字节 Payload）在应用层进行切片（Fragmentation）。这与我们后续 2.4.2 的“Atomic Batch”设计不冲突，一个 Batch 可以被切成多个 UDP 包发送，只要包含相同的 `BatchID` 和 `SequenceID` 即可。
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## 4. 高效线程模型 (The "Pumper" Thread)
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为了彻底隔离网络抖动对计算核心的影响，我们确立 **独立发送线程** 模型。
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- **架构**：
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- **生产者**：`SignalProcessor` 计算完毕，将 `DetectionResult` 对象放入一个 **SPSC (单生产单消费) 无锁队列**。
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- **消费者 (DisplayController IO Thread)**：
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- 绑定到非关键 CPU 核心（如 Core 14）。
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- 死循环从队列取数据。
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- 执行 Protobuf 序列化。
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- 执行 `sendto()`。
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- 若 `EAGAIN`，则 `epoll_wait()`。
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- **收益**：
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- **序列化卸载**：Protobuf 序列化是 CPU 密集型操作，将其移出信号处理主线程，保护了核心计算资源。
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- **故障隔离**：即使网络断开、Socket 缓冲区塞满，影响的也只是这个 IO 线程（队列满后丢弃新数据），绝不会阻塞 FFT/CFAR 运算。
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## 总结：2.4.1 基线图谱
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|**配置项**|**核心基线**|**设计意图**|
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|---|---|---|
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|**拓扑**|**UDP Unicast**|简单、高效、无状态。|
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|**I/O 模型**|**Non-blocking + Epoll ET**|" 写优先 " 策略，最大化吞吐，最小化系统调用。|
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|**发送缓冲**|**动态计算 (Max Burst x 4)**|约 4MB-8MB。吸收脉冲式突发，防止应用层阻塞。|
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|**QoS**|**DSCP EF / CS6**|确保在交换机侧的转发优先级。|
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|**分片策略**|**禁止 IP 分片 + 应用层切分**|避免 IP 分片重组风险，提升丢包恢复能力。|
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|**线程模型**|**独立 IO 线程 + SPSC 队列**|隔离网络抖动与序列化开销，保护计算核心。|
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**提问**：您是否确认 **“非阻塞 +Epoll ET”** 模型以及 **“独立线程序列化与发送”** 的架构基线？确认后我们将进入 **2.4.2 业务数据序列化规范**，讨论数据具体怎么“打包”。
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