TCP套接字传输桌面截图一段时间后速率下降的原因排查

问题描述 #

我尝试通过TCP套接字向服务器发送桌面截图，初始时一切正常，可达约30FPS，但一段时间后传输速率变慢。我曾怀疑是内存泄漏，已在循环中删除数据并关闭文件，但问题仍存在。以下是服务器端和客户端代码，请问速率下降的具体原因是什么？

服务器端代码 #

while(!is_client_dead){

    char file_size[1024];

    recv(m_video_socket,file_size,1024,0);

    char *data = new char[std::atoi(file_size)];

    recv(m_video_socket,data,std::atoi(file_size),0);
    
    std::fstream file("screenshot.png",std::ios::out | std::ios::binary | std::ios::trunc);

    for(int x{0};x<std::atoi(file_size);x++)
        file << data[x];

    delete [] data;

    file.close();

    cv::Mat image = cv::imread("screenshot.png");

    cv::resize(image,image,cv::Size(image.cols/2,image.rows/2));

    cv::imshow(m_name + "'s screen",image);

    cv::waitKey(1);

} 

客户端代码 #

while(!is_server_dead){

    cv::Mat image;

    capture_screen(image);

    cv::imwrite("screenshot.png",image);

    std::size_t size = std::filesystem::file_size("screenshot.png");
    
    send(m_client_video,std::to_string(size).c_str(),1024,0);

    std::ostringstream file_buffer; 
    
    std::fstream file("screenshot.png",std::ios::in | std::ios::binary);

    file_buffer << file.rdbuf();

    std::string file_data = file_buffer.str();

    send(m_client_video,file_data.c_str(),size,0);

    file.close();

}

速率下降的核心原因 #

• 磁盘IO瓶颈：客户端每次将截图写入本地文件再读取发送，服务器端接收数据后也写入本地文件再读取显示。频繁的磁盘读写会随着时间积累导致IO队列阻塞，缓存耗尽后物理IO延迟大幅增加，直接拖慢整体传输速率。
• TCP传输未处理完整读写：recv和send不保证一次性完成指定长度的读写。比如服务器端可能只接收到部分数据就继续后续操作，导致文件写入不完整、imread读取异常，长期运行积累错误状态引发卡顿；客户端send也可能未发完数据，导致服务器端等待剩余数据，拖慢传输节奏。
• 重复字符串转数字的隐患：服务器端多次调用std::atoi(file_size)，若file_size存在非法字符或转换错误，会导致内存分配、循环写入的长度出错，引发内存越界或数据不完整，长期运行积累问题导致速率下降。
• 客户端数据复制开销：用std::ostringstream读取文件到std::string会额外复制数据，增加内存开销和处理时间，长期运行积累内存碎片，影响整体性能。

优化建议 #

• 跳过磁盘IO：客户端用cv::imencode将Mat直接编码为std::vector<uchar>后发送；服务器端接收字节数组后用cv::imdecode直接解码为Mat，完全省去文件读写步骤。
• 实现可靠的TCP读写函数：封装循环调用recv/send的函数，确保数据完全接收或发送。
• 避免重复转换：服务器端接收file_size后只转换一次为整数，保存到变量中复用。
• 减少数据复制：客户端直接读取文件到缓冲区，避免ostringstream和string的额外复制。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Aytunç Demir