socket 端口和地址复用

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在linux socket网络编程中，大规模并发TCP或UDP连接时，经常会用到端口复用：

int opt = 1;
if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void *) &opt, sizeof(opt))) {perror("setsockopt");return -1;
}

端口复用可以这样理解：

在A机进行客户端网络编程，假如它使用的本地端口号为1234，如果没有开启端口复用的话，它用本地端口1234去连接B机再用本地端口连接C机时就不可以了。

若开启了端口复用的话在本地端口1234访问B机的情况下还可以用本地端口1234访问C机。

如果是服务器程序中监听的端口，即使开启了复用，也不可以用该端口向外发起连接。

接下来看看setsockopt函数的参数意义：

/* Set socket FD's option OPTNAME at protocol level LEVELto *OPTVAL (which is OPTLEN bytes long).Returns 0 on success, -1 for errors.  */
extern int setsockopt (int __fd, int __level, int __optname,const void *__optval, socklen_t __optlen) __THROW;

__optname常见的有两个：

SO_REUSEADDR：地址复用

SO_REUSEPORT：端口复用

一般来说，一个{addr,port}只能被一个套接字绑定，无法重用。

不同的套接字只能绑定到不同的的{addr,port}上

SO_REUSEADDR 和 SO_REUSEPORT

SO_REUSEADDR提供如下四个功能：

SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知端口，即使以前建立的将此端口用做他们的本地端口的连接仍存在。这通常是重启监听服务器时出现，若不设置此选项，则bind时将出错。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。对于TCP，我们根本不可能启动捆绑相同IP地址和相同端口号的多个服务器。SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一端口到多个套接口上，只要每个捆绑指定不同的本地IP地址即可。这一般不用于TCP服务器。SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑：当一个IP地址和端口绑定到某个套接口上时，还允许此IP地址和端口捆绑到另一个套接口上。一般来说，这个特性仅在支持多播的系统上才有，而且只对UDP套接口而言（TCP不支持多播）。

SO_REUSEPORT选项有如下语义：

此选项允许完全重复捆绑，但仅在想捆绑相同IP地址和端口的套接口都指定了此套接口选项才行。如果被捆绑的IP地址是一个多播地址，则SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT等效。

使用这两个套接口选项的建议：

在所有TCP服务器中，在调用bind之前设置SO_REUSEADDR套接口选项；

功能如下：

若监听服务器进入TIME_WAIT状态，可立即重启
同一端口启动同一服务器的多个实例，需要每个实例socket绑定不同的ip地址，一般需要多个网卡支持
支持完全重复的捆绑

当一个IP地址和端口绑定到某个socket上，还允许此IP地址和端口号捆绑到另一个socket上。

一般来说，这个特性仅在支持多播的系统上才有用，而且只针对UDPsocket，TCP不支持多播

对于监听线程来说，可重用socket被称为监听桶（listener bucket），即每一个socket都是一个桶。以event模型为例，假设目前有3个子进程，吗，每个进程中都有一个监听线程和多个工作线程。

端口未重用情况下：

某个时刻，该监听socket仅能由某一个进程持有，当该进程接收到请求后，才让出监听权，相当于各个监听者只能轮流监听。

端口重用情况下
这里我们重用地址和端口两次，三个监听者都可以同时监听了。
三个监听桶下，各个进程不用让出监听权，看上去减轻了互斥锁的争用，避免了饥饿，还能更高效地监听，实现负载均衡，从而减轻了监听线程的压力，但是由于监听的过程中需要消耗CPU，若是单核CPU是无法体现出端口复用的优势的，反而会由于切换监听线程而降低性能。

所以若要使用端口复用，需要考虑几点：
是否将监听进程/线程隔离在各自CPU中
重用次数
CPU核数

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