5.11socket选项

socket选项

如果说fcntl系统调用是控制文件描述符属性的通用POSIX方法，那么下面两个系统调用则是专门用来读取和设置socket文件描述符属性的方法：

#include <sys/socket.h>
int getsockopt(int sockfd, int level, int option_name, void * option_value, socklen_t * restrict option_len);
int setsockopt(int sockfd, int level, int option_name, const void * option_value, socklen_t option_len);

sockfd参数指定被操作的目标socket。level 参数指定要操作哪个协议的选项(即属性)，比如IPv4、IPv6、 TCP 等。option. _name 参数则指定选项的名字。我们在表5-5中列举了socket通信中几个比较常用的socket选项。option_value 和option_len 参数分别是被操作选项的值和长度。不同的选项具有不同类型的值，如表5-5中“数据类型”一列所示。

getsockopt和setsockopt这两个函数成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。

值得指出的是，对服务器而言，有部分socket选项只能在调用listen系统调用前针对监听socket设置才有效。这是因为连接socket只能由accept调用返回，而accept从listen监听队列中接受的连接至少已经完成了TCP三次握手的前两个步骤(因为listen监听队列中的连接至少已进入SYN_RCVD状态)，这说明服务器已经往被接受连接上发送出了TCP同步报文段。

但有的socket选项却应该在TCP同步报文段中设置，比如TCP最大报文段选项(回忆3.2.2小节，该选项只能由同步报文段来发送)。对这种情况，Linux给开发人员提供的解决方案是：对监听socket设置这些socket选项，那么accept返回的连接socket将自动继承这些选项。这些socket选项包括：SO_DEBUG、SO_DONTROUTE、SO_KEEPALIVE、SO_LINGER、SO_OOBINLINE、SO_RCVBUF、SO_RCVLOWAT、SO_SNDBUF、SO_SNDLOWAT、TCP_MAXSEG和TCP_NODELAY。而对客户端而言，这些socket选项则应该在调用connect函数之前设置，因为connect调用成功返回之后，TCP三次握手已完成。

SO_REUSEADDR选项

TCP连接的TIME_WAIT状态，并提到服务器程序可以通过设置socket选项SO_REUSEADDR来强制使用被处于TIME_WAIT状态的连接占用的socket地址。
重用本地地址-reuse_address.cpp

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>int main( int argc, char* argv[] )
{if( argc <= 2 ){printf( "usage: %s ip_address port_number\n", basename( argv[0] ) );return 1;}const char* ip = argv[1];int port = atoi( argv[2] );int sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );assert( sock >= 0 );int reuse = 1;setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof( reuse ) );struct sockaddr_in address;bzero( &address, sizeof( address ) );address.sin_family = AF_INET;inet_pton( AF_INET, ip, &address.sin_addr );address.sin_port = htons( port );int ret = bind( sock, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) );assert( ret != -1 );ret = listen( sock, 5 );assert( ret != -1 );struct sockaddr_in client;socklen_t client_addrlength = sizeof( client );int connfd = accept( sock, ( struct sockaddr* )&client, &client_addrlength );if ( connfd < 0 ){printf( "errno is: %d\n", errno );}else{char remote[INET_ADDRSTRLEN ];printf( "connected with ip: %s and port: %d\n", inet_ntop( AF_INET, &client.sin_addr, remote, INET_ADDRSTRLEN ), ntohs( client.sin_port ) );close( connfd );}close( sock );return 0;
}

经过setsockopt的设置之后，即使sock处于TIME_WAIT状态，与之绑定的socket地址也可以立即被重用。此外，我们也可以通过修改内核参数/proc/sys/net/ipv4/cp_tw_recycle 来快速回收被关闭的socket，从而使得TCP连接根本就不进人TIME_WAIT状态，进而允许应用程序立即重用本地的socket地址。

在本机上(172.16.160.240)执行如下：

在172.16.160.250执行如下：

回到本机看如下：

SO_RCVBUF和SO_SNDBUF选项

SO_RCVBUF和SO_SNDBUF选项分别表示TCP接收缓冲区和发送缓冲区的大小。不过，当我们用setsockopt来设置TCP的接收缓冲区和发送缓冲区的大小时，系统都会将其值加倍，并且不得小于某个最小值。TCP接收缓冲区的最小值是256字节，而发送缓冲区的最小值是2048字节(不过，不同的系统可能有不同的默认最小值)。系统这样做的目的，主要是确保一个TCP连接拥有足够的空闲缓冲区来处理拥塞(比如快速重传算法就期望TCP接收缓冲区能至少容纳4个大小为SMSS的TCP报文段)。此外，我们可以直接修改内核参数/proc/sys/net/ipv4/tcp_ rmem和/proc/sys/netipv4/tcp_ wmem来强制TCP接收缓冲区和发送缓冲区的大小没有最小值限制。我们将在第16章讨论这两个内核参数。

下面我们编写一对客户端和服务器程序，如代码清单5-10和代码清单5-11所示，它们
分别修改TCP发送缓冲区和接收缓冲区的大小。
修改TCP接收缓冲区的服务器程序-set_recv_buffer.cpp

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#define BUFFER_SIZE 1024int main( int argc, char* argv[] )
{if( argc <= 3 ){printf( "usage: %s ip_address port_number receive_buffer_size\n", basename( argv[0] ) );return 1;}const char* ip = argv[1];int port = atoi( argv[2] );struct sockaddr_in address;bzero( &address, sizeof( address ) );address.sin_family = AF_INET;inet_pton( AF_INET, ip, &address.sin_addr );address.sin_port = htons( port );int sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );assert( sock >= 0 );int recvbuf = atoi( argv[3] );int len = sizeof( recvbuf ); //先设置TCP接收缓冲区的大小，然后立即读取之setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, sizeof( recvbuf ) );getsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, ( socklen_t* )&len );printf( "the receive buffer size after settting is %d\n", recvbuf );int ret = bind( sock, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) );assert( ret != -1 );ret = listen( sock, 5 );assert( ret != -1 );struct sockaddr_in client;socklen_t client_addrlength = sizeof( client );int connfd = accept( sock, ( struct sockaddr* )&client, &client_addrlength );if ( connfd < 0 ){printf( "errno is: %d\n", errno );}else{char buffer[ BUFFER_SIZE ];memset( buffer, '\0', BUFFER_SIZE );while( recv( connfd, buffer, BUFFER_SIZE-1, 0 ) > 0 ){}close( connfd );}close( sock );return 0;
}

在172.16.160.250执行如下./set_recv_buffer 172.16.160.250 12345 50(将TCP接收缓冲区的大小设置为50字节)：

修改TCP发送缓冲区的客户端程序-set_recv_buffer.cpp

#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>#define BUFFER_SIZE 512int main( int argc, char* argv[] )
{if( argc <= 3 ){printf( "usage: %s ip_address port_number send_bufer_size\n", basename( argv[0] ) );return 1;}const char* ip = argv[1];int port = atoi( argv[2] );struct sockaddr_in server_address;bzero( &server_address, sizeof( server_address ) );server_address.sin_family = AF_INET;inet_pton( AF_INET, ip, &server_address.sin_addr );server_address.sin_port = htons( port );int sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 );assert( sock >= 0 );int sendbuf = atoi( argv[3] );int len = sizeof( sendbuf );//先设置TCP发送缓冲区的大小，然后立即读取之setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuf, sizeof( sendbuf ) );getsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sendbuf, ( socklen_t* )&len );printf( "the tcp send buffer size after setting is %d\n", sendbuf );if ( connect( sock, ( struct sockaddr* )&server_address, sizeof( server_address ) ) != -1 ){char buffer[ BUFFER_SIZE ];memset( buffer, 'a', BUFFER_SIZE );send( sock, buffer, BUFFER_SIZE, 0 );}close( sock );return 0;
}

在本机(172.16.160.240)上执行./set_send_buffer 172.16.160.250 12345 2000(将TCP发送缓冲区的大小设置为2000字节)，如下：

SO_LINGER选项

SO_LINGER选项用于控制close系统调用在关闭TCP连接时的行为。默认情况下，当我们使用close系统调用来关闭一个socket时，close 将立即返回，TCP模块负责把该socket对应的TCP发送缓冲区中残留的数据发送给对方。

如表5-5所示，设置(获取)SO_LINGER选项的值时，我们需要给setsockopt(getsockopt)系统调用传递一个linger类型的结构体，其定义如下：

#include <sys/socket.h>
struct linger
{int l_onoff; //开启（非0）还是关闭（0）该选项int l_linger; //滞留时间
};

根据linger结构体中两个成员变量的不同值，close系统调用可能产生如下3种行为之一：
1）l_onoff等于0。此时SO_LINGER选项不起作用，close用默认行为来关闭socket。
2）l_onoff不为0，l_linger等于0。此时close系统调用立即返回，TCP模块将丢弃被关闭的socket对应的TCP发送缓冲区中残留的数据，同时给对方发送一个复位报文段(见3.5.2小节)。因此，这种情况给服务器提供了异常终止一个连接的方法。
3）l_onoff不为0，l_linger大于0。此时close的行为取决于两个条件：一是被关闭的socket对应的TCP发送缓冲区中是否还有残留的数据；二是该socket是阻塞的，还是非阻塞的。对于阻塞的socket，close 将等待一段长为 l_linger 的时间，直到TCP模块发送完所有残留数据并得到对方的确认。如果这段时间内TCP模块没有发送完残留数据并得到对方的确认，那么close 系统调用将返回-1并设置errno为EWOULDBLOCK。如果socket是非阻塞的，close 将立即返回，此时我们需要根据其返回值和errno来判断残留数据是否已经发送完毕。