linux 網絡編程 socket選項

socket選項函數

• 功能：用來讀取和設置socket文件描述符屬性的方法

#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選項表以下：

• getsockopt和setsockopt 這兩個函數成功時返回0，失敗時返回-1並設置errno。
• 對於服務器而言，有部分socket選項只能在調用listen系統調用前針對監聽socket設置纔有效。這是由於鏈接socket只能由accept調用返回，而accept從listen監聽隊列接受的鏈接至少已經完成了TCP三次握手的前兩個步驟（由於listen監聽隊列中的鏈接至少已進入SYN_RCVD狀態），這說明服務器已經往被接收鏈接上發送出了TCP同步報文段。但有的socket選項卻應該在TCP同步報文段中設置，好比TCP最大報文段選項。對這種狀況，linux給開發人員提供的解決方案是：對監聽socket設置這些socket選項，那麼accept返回的鏈接socket將自動繼承這些選項。這些選項包括：SO_DEBUG、SO_DONTROUTE、SO_KEEPALIVE、SO_LINGER、SO_OOBINLINE、SO_RCVBUF、SO_RCVLOWAT、SO_SNDBUF、SO_SNDLOWAT、TCP_MAXSEG和TCP_NODELAY。
• 對於客戶端而言，這些socket選項則應該在調用connect函數以前設置，由於connect調用成功返回以後，TCP三次握手已完成。

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SO_REUSEADDR選項

• 前面討論過TCP鏈接的TIME_WAIT狀態，並提到服務器程序能夠經過設置socket選項SO_REUSEADDR來強制使用被處於TIME_WAIT狀態的鏈接佔用的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;
}

• 通過setsocketopt的設置以後，即便sock處於TIME_WAIT狀態，與之綁定的socket地址也能夠當即被重用。此外，咱們也能夠經過修改內核參數/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle 來快速回收被關閉的socket，從而使得TCP鏈接根本就不進入TIME_WAIT狀態，進而容許應用程序當即重用本地的socket地址。

SO_RCVBUF和SO_SNDBUF選項

• SO_RCVBUF和SO_SNDBUF選項分別表示TCP接收緩衝區和發送緩衝區的大小。不過，當咱們用setsockopt來設置TCP的接收緩衝區和發送緩衝區的大小時，系統都會將其值加倍，而且不得小於其個最小值。TCP接收緩衝區的最小值是256字節，而發送緩衝區的最小值是2048字節（不過，不一樣的系統可能有不一樣的默認最小值）。此外，咱們能夠直接修改內核參數/proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem和/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem來強制TCP接收緩衝區和發送緩衝區的大小沒有最小值限制。

修改TCP發送緩衝區的客戶端程序：

#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接收緩衝區的服務器程序：

#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;
}

運行結果：

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

如上說明：當咱們用setsockopt來設置TCP的接收緩衝區和發送緩衝區的大小時，系統都會將其值加倍，而且不得小於其個最小值。

SO_RCVLOWAT和SO_SNDLOWAT選項

• SO_RCVLOWAT和SO_SNDLOWAT選項分別表示TCP接收緩衝區和發送緩衝區的低水位標記。它們通常被I/O複用系統調用，用來判斷socket是否可讀或可寫。當TCP接收緩衝區中可讀數據的總數大於其低水位標記時，I/O複用系統調用將通知應用程序能夠從對應的socket上讀取數據；當TCP發送緩衝區中的空閒空間（能夠寫入數據的空間）大於其低水位標記時，I/O複用系統調用將通知應用程序能夠往對應的socket上寫入數據。
• 默認狀況下，TCP接收緩衝區的低水位標記和TCP發送緩衝區的低水位標記均爲1字節。

SO_LINGER選項

SO_LINGER選項用於控制close系統調用在關閉TCP鏈接時的行爲。默認狀況下，當咱們使用close系統調用來關閉一個socket時，close將當即返回，TCP模塊負責把該socket對應的TCP發送緩衝區中殘留的數據發送給對方。
       設置SO_LINGER選項的值時，咱們須要給setsockopt（getsockopt）系統調用傳遞一個linger類型的結構體，其定義以下：
       

#include <sys/socket.h>
struct linger
{
    int  l_onoff; //開啓（非0）仍是關閉（0）該選項
    int  l_linger; // 滯留時間
};

根據linger結構體中兩個成員變量的不一樣值，close 系統調用可能產生以下3種行爲之一：

• l_onoff 等於0。此時SO_LINGER選項不起做用，close用默認行爲關閉socket。
• l_onoff 不爲0，l_linger等於0. 此時close 系統調用當即返回，TCP模塊將丟棄被關閉的socket對應的TCP發送緩衝區中殘留的數據，同時給對方一個復位報文段。所以，這種狀況給服務器提供了異常終止一個鏈接的方法。
• l_onoff不爲0，l_linger大於0 。此時close的行爲取決於兩個條件：（1）被關閉的socket對應的TCP發送緩衝區中是否還有殘留的數據；（2）該socket是阻塞的仍是非阻塞的。 對於阻塞的socket，close將等待一段長爲l_linger的時間，直到TCP模塊發送完全部殘留數據並獲得對方的確認。若是這段之間內TCP模塊沒有發送完殘留數據並獲得對方的確認，那麼close系統調用將返回-1並設置errno爲EWOULDBLOCK。 若是socket是非阻塞的，close將當即返回，此時咱們須要根據其返回值和errno來判斷殘留數據是否已經發送完畢。