网络编程中的SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT参数详解

一、SO_REUSEADDR

　　目前为止我见到的设置SO_REUSEADDR的使用场景：server端在调用bind函数时

　　setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,(const void *)&reuse , sizeof(int));

　　目的：当服务端出现timewait状态的链接时，确保server能够重启成功。

　　注意：SO_REUSEADDR只有针对time-wait链接(linux系统time-wait连接持续时间为1min)，确保server重启成功的这一个作用，至于网上有文章说：如果有socket绑定了0.0.0.0:port；设置该参数后，其他socket可以绑定本机ip:port。本人经过试验后均提示“Address already in use”错误，绑定失败。

举个例子：

　　server监听9980端口，由于主动关闭链接，产生了一个time-wait状态的链接

　　如果此时server重启，并且server没有设置SO_REUSEADDR参数，server重启失败，报错：“Address already in use”

　　如果设置SO_REUSEADDR，重启ok；

二、SO_REUSEPORT

2.1 简介

　　SO_REUSEPORT使用场景：linux kernel 3.9 引入了最新的SO_REUSEPORT选项，使得多进程或者多线程创建多个绑定同一个ip:port的监听socket，提高服务器的接收链接的并发能力,程序的扩展性更好；此时需要设置SO_REUSEPORT（注意所有进程都要设置才生效）。

　　setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT,(const void *)&reuse , sizeof(int));

　　目的：每一个进程有一个独立的监听socket，并且bind相同的ip:port，独立的listen()和accept()；提高接收连接的能力。（例如nginx多进程同时监听同一个ip:port）

解决的问题：

　　（1）避免了应用层多线程或者进程监听同一ip:port的“惊群效应”。

　　（2）内核层面实现负载均衡，保证每个进程或者线程接收均衡的连接数。

　　（3）只有effective-user-id相同的服务器进程才能监听同一ip:port （安全性考虑）

2.2 使用实例

代码示例：server_128.c

#include <stdio.h>                                                                                                               
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
void work () {
        int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (listenfd < 0) {
                perror("listen socket");
                _exit(-1);
        }
        int ret = 0;
        int reuse = 1;
        ret = setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,(const void *)&reuse , sizeof(int));
        if (ret < 0) {
                perror("setsockopt");
                _exit(-1);
        }
        ret = setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT,(const void *)&reuse , sizeof(int));
        if (ret < 0) {
            perror("setsockopt");
            _exit(-1);
        }
        struct sockaddr_in addr;
        memset(&addr, 0, sizeof(addr));
        addr.sin_family = AF_INET;
        //addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.95.118.221");
        addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");                                                                             
        addr.sin_port = htons(9980);
        ret = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
        if (ret < 0) {
                perror("bind addr");
                _exit(-1);
       }
        printf("bind success
");
        ret = listen(listenfd,10);
        if (ret < 0) {
                perror("listen");
                _exit(-1);
        }
        printf("listen success
");
        struct sockaddr clientaddr;
        int len = 0;
        while(1) {
                printf("process:%d accept...
", getpid());
                int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
                if (clientfd < 0) {
                        printf("accept:%d %s", getpid(),strerror(errno));
                        _exit(-1);
                }
                close(clientfd);
                printf("process:%d close socket
", getpid());
        }
}
int main(){
        printf("uid:%d euid:%d
", getuid(),geteuid());
        int i = 0;
        for (i = 0; i< 6; i++) {
                pid_t pid = fork();
                if (pid == 0) {
                        work();
                }
                if(pid < 0) {
                        perror("fork");
                        continue;
                }
        }
        int status,id;
        while((id=waitpid(-1, &status, 0)) > 0) {
                printf("%d exit
", id);
        }
        if(errno == ECHILD) {
                printf("all child exit
");
        }
        return 0;
}                     

　　上述示例程序，启动了6个子进程，每个子进程创建自己的监听socket，bind相同的ip:port；独立的listen()，accept()；如果每个子进程不设置SO_REUSEADDR选项，会提示“Address already in use”错误。

　　安全性：是不是只要设置了SO_REUSEPORT选项的服务器程序，就能够监听相同的ip:port；并获取报文呢？当然不是，当前linux内核要求后来启动的服务器程序与前面启动的服务器程序的effective-user-id要相同。

　　举个例子：

　　上图中的server_127和server128两个服务器程序都设置了SO_REUSEPORT，监听同一ip:port，用root用户启动两个服务器程序，因为effective-user-id相等，都为0，所以启动没问题。

　　修改server127的权限：chmod u+s server_127。

　　启动完server_128后，在启动server_127，提示错误：

 三、参考文章

https://zhuanlan.zhihu.com/p/37278278