linux-网络编程-socket选项

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socket 选项函数

  • 功能：用来读取和设置 socket 文件描述符属性的方法 
#include <sys/scoket.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);

socket 选项表如下：

  • getsockopt 和 setsockopt 这两个函数成功时返回 0，失败时返回 - 1 并设置 errno。
  • 对于服务器而言，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收连接上发送出了 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。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。
  • 对于客户端而言，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

  • 前面讨论过 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。
#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 setsocketopt 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/tcp_tw_recycle 来快速回收被关闭的 socket，从而使得 TCP 连接根本就不进入 TIME_WAIT 状态，进而允许应用程序立即重用本地的 socket 地址。

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，并且不得小于其个最小值。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）。此外，我们可以直接修改内核参数 /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem 和 /proc/sys/net/ipv4/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。

修改 TCP 发送缓冲区的客户端程序：

#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 512
 
int 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);
    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;
}

修改 TCP 接收缓冲区的服务器程序：

#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 1024
 
int 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);
    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;
}

运行结果：

root@iZbp1anc6yju2dks3nw5j0Z:~/test/socket# ./client 127.0.0.1 12345 2000
the tcp send buffer size after setting is 4608
root@iZbp1anc6yju2dks3nw5j0Z:~/test/socket# ./server 127.0.0.1 12345 50
the receive buffer size after settting is 2304

如上说明：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，并且不得小于其个最小值。

SO_RCVLOWAT 和 SO_SNDLOWAT 选项

  • SO_RCVLOWAT 和 SO_SNDLOWAT 选项分别表示 TCP 接收缓冲区和发送缓冲区的低水位标记。它们一般被 I / O 复用系统调用，用来判断 socket 是否可读或可写。当 TCP 接收缓冲区中可读数据的总数大于其低水位标记时，I/ O 复用系统调用将通知应用程序可以从对应的 socket 上读取数据；当 TCP 发送缓冲区中的空闲空间（可以写入数据的空间）大于其低水位标记时，I/ O 复用系统调用将通知应用程序可以往对应的 socket 上写入数据。
  • 默认情况下，TCP 接收缓冲区的低水位标记和 TCP 发送缓冲区的低水位标记均为 1 字节。

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。
       设置 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：

  • l_onoff 等于 0。此时 SO_LINGER 选项不起作用，close 用默认行为关闭 socket。
  • 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，同时给对方一个复位报文段。因此，这种情况给服务器提供了异常终止一个连接的方法。
  • l_onoff 不为 0，l_linger 大于 0。此时 close 的行为取决于两个条件：（1）被关闭的 socket 对应的 TCP 发送缓冲区中是否还有残留的数据；（2）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。如果这段之间内 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。

正文完
c++
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2019-06-01
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