TCP/IP编程之SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT套接字选项

基本概念：

SO_REUSEADDR套接字选项能起到以下4个不同的功用：

（1）SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑众所周知端口，即使以前建立的该端口用作它们的本地端口的连接仍存在。

这个条件通常是这样碰到的：

a）启动一个监听服务器；

b）连接请求到的，派生一个子进程来处理这个客户；

c）监听服务器终止，但子进程继续为现有的连接上的客户提供服务；

d）重启监听服务器。

默认情况下，当监听服务器在步骤d调用socket、bind和listen重新启动时，由于它试图捆绑一个现有连接上的端口，从而bind调用会失败。但是如果该服务器在socket和bind两个调用之间设置了SO_REUSEADDR套接字选项，那么bind将成功。所有TCP服务器都应该指定本套接字选项，以允许服务器在这种情形下被重新启动。

（2）SO_REUSEADDR允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可。

（3）SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一个端口到多个套接字上，只要每次捆绑指定不同的本地IP地址即可。

（4）SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑：当一个IP地址和端口已绑定到某个套接字上时。如果传输协议支持，同样的IP地址和端口还可以捆绑到另一个套接字上。一般来说，本特性仅支持UDP套接字。

SO_REUSEPORT套接字选项能起到以下2个不同的功用：

（1）本选项允许完全重复的捆绑，不过只有在想要捆绑同一IP地址和端口的每个套接字都指定了本套接字选项才行。

（2）如果被捆绑的IP地址是一个多播地址，那么SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT被认为是等效的。

这里我们的重点讨论内容是：

SO_REUSEADDR的第（1）个功用（蓝色字体）

SO_REUSEPORT的第（1）个功用（蓝色字体）

应用场景：nginx平滑升级就应用到了相关知识。

例子1：

我们需要知道，

a) 如果不对TCP的套接字选项进行任何限制时，如果启动两个进程，第二个进程就会在调用bind函数的时候出错（Address already in use）。

b) 如果在调用bind之前我们设置了SO_REUSEADDR，但是不在第二个进程启动前close这个套接字，那么第二个进程仍然会在调用bind函数的时候出错（Address already in use）。

c)如果在调用bind之前我们设置了SO_REUSEADDR，并接收了一个客户端连接，并且在第二个进程启动前关闭了bind的套接字，这个时候第一个进程只拥有一个套接字（与客户端的连接），那么第二个进程则可以bind成功，符合预期。

代码：

[cpp] view plain copy

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
void Perror(const char *s)
{
perror(s);
exit(EXIT_FAILURE);
}
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //TCP
int backlog = 100;
short port = 9527; //端口
struct sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET; //IPv4
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //表示由内核去选择IP地址
servaddr.sin_port = htons(port);
int flag = 1;
if (-1 == setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag))) {
Perror("setsockopt fail");
}
int res = bind(sockfd, (sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
if (0 == res)
printf("server bind success, 0.0.0.0:%d\n", port);
else {
Perror("bind fail");
}
if (-1 == listen(sockfd, backlog)) {
Perror("listen fail");
}
//等待连接
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t len = sizeof(cliaddr);
int connfd = accept(sockfd, (sockaddr *)&cliaddr, &len);
if (-1 == connfd) {
Perror("accept fail");
}
//解析客户端地址
char buff[INET_ADDRSTRLEN + 1] = {0};
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, buff, INET_ADDRSTRLEN);
uint16_t cli_port = ntohs(cliaddr.sin_port);
printf("connection from %s, port %d\n", buff, cli_port);
//关闭bind的sockfd
close(sockfd);
//
sleep(1200);
return 0;
}

编译：

g++ server.cpp -o s1

g++ server.cpp -o s2

运行结果：

例子2，

SO_REUSEPORT可能在比较旧的内核版本上不支持，我的测试环境的内核版本是3.10，相对SO_REUSEADDR来说，SO_REUSEPORT没有那么多的限制条件，允许两个毫无血缘关系的进程使用相同的IP地址同时监听同一个端口，并且不会出现惊群效应。

代码：

[cpp] view plain copy

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
void Perror(const char *s)
{
perror(s);
exit(EXIT_FAILURE);
}
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //TCP
int backlog = 100;
short port = 9527; //端口
struct sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET; //IPv4
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //表示由内核去选择IP地址
servaddr.sin_port = htons(port);
int flag = 1;
if (-1 == setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &flag, sizeof(flag))) {
Perror("setsockopt fail");
}
int res = bind(sockfd, (sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
if (0 == res)
printf("server bind success, 0.0.0.0:%d\n", port);
else {
Perror("bind fail");
}
if (-1 == listen(sockfd, backlog)) {
Perror("listen fail");
}
//等待连接
while (1) {
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t len = sizeof(cliaddr);
int connfd = accept(sockfd, (sockaddr *)&cliaddr, &len);
if (-1 == connfd) {
Perror("accept fail");
}
//解析客户端地址
char buff[INET_ADDRSTRLEN + 1] = {0};
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, buff, INET_ADDRSTRLEN);
uint16_t cli_port = ntohs(cliaddr.sin_port);
printf("connection from %s, port %d\n", buff, cli_port);
}
return 0;
}

编译：

g++ server.cpp -o s1

g++ server.cpp -o s2

运行结果：

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