Linux 最新SO_REUSEPORT特性

 

一、前言

　　昨天總結了一下Linux下網絡編程「驚羣」現象，給出Nginx處理驚羣的方法，使用互斥鎖。爲例發揮多核的優點，目前常見的網絡編程模型就是多進程或多線程，根據accpet的位置，分爲以下場景：

　　（1）單進程或線程建立socket，並進行listen和accept，接收到鏈接後建立進程和線程處理鏈接

　　（2）單進程或線程建立socket，並進行listen，預先建立好多個工做進程或線程accept()在同一個服務器套接字、

                      

這兩種模型解充分發揮了多核CPU的優點，雖然能夠作到線程和CPU核綁定，但都會存在：

• 單一listener工做進程胡線程在高速的鏈接接入處理時會成爲瓶頸
• 多個線程之間競爭獲取服務套接字
• 緩存行跳躍
• 很難作到CPU之間的負載均衡
• 隨着核數的擴展，性能並無隨着提高

參考：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2015/02/12/422893.html

Linux kernel 3.9帶來了SO_REUSEPORT特性，能夠解決以上大部分問題。

二、SO_REUSEPORT解決了什麼問題

SO_REUSEPORT支持多個進程或者線程綁定到同一端口，提升服務器程序的性能，解決的問題：

• 容許多個套接字 bind()/listen() 同一個TCP/UDP端口
  • 每個線程擁有本身的服務器套接字
  • 在服務器套接字上沒有了鎖的競爭
• 內核層面實現負載均衡
• 安全層面，監聽同一個端口的套接字只能位於同一個用戶下面

其核心的實現主要有三點：

• 擴展 socket option，增長 SO_REUSEPORT 選項，用來設置 reuseport。
• 修改 bind 系統調用實現，以便支持能夠綁定到相同的 IP 和端口
• 修改處理新建鏈接的實現，查找 listener 的時候，可以支持在監聽相同 IP 和端口的多個 sock 之間均衡選擇。

有了SO_RESUEPORT後，每一個進程能夠本身建立socket、bind、listen、accept相同的地址和端口，各自是獨立平等的。讓多進程監聽同一個端口，各個進程中accept socket fd不同，有新鏈接創建時，內核只會喚醒一個進程來accept，而且保證喚醒的均衡性。

三、測試代碼

 1 include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <sys/types.h>  
 4 #include <sys/socket.h>  
 5 #include <netinet/in.h>  
 6 #include <arpa/inet.h>  
 7 #include <assert.h>  
 8 #include <sys/wait.h>
 9 #include <string.h>
10 #include <errno.h>
11 #include <stdlib.h>
12 #include <fcntl.h>
13 
14 #define IP   "127.0.0.1"
15 #define PORT  8888
16 #define WORKER 4
17 #define MAXLINE   4096
18 
19 int worker(int i)
20 {
21     struct sockaddr_in address;  
22     bzero(&address, sizeof(address));  
23     address.sin_family = AF_INET;  
24     inet_pton( AF_INET, IP, &address.sin_addr);  
25     address.sin_port = htons(PORT);  
26 
27     int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
28     assert(listenfd >= 0);  
29 
30     int val =1;
31     /*set SO_REUSEPORT*/
32     if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &val, sizeof(val))<0) {
33         perror("setsockopt()");         
34     }    
35     int ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));  
36     assert(ret != -1);  
37 
38     ret = listen(listenfd, 5);  
39     assert(ret != -1);  
40     while (1) {
41         printf("I am worker %d, begin to accept connection.\n", i);
42         struct sockaddr_in client_addr;  
43         socklen_t client_addrlen = sizeof( client_addr );  
44         int connfd = accept( listenfd, ( struct sockaddr* )&client_addr, &client_addrlen );  
45         if (connfd != -1) {
46             printf("worker %d accept a connection success. ip:%s, prot:%d\n", i, inet_ntoa(client_addr.sin_addr), client_addr.sin_port);
47         } else {
48             printf("worker %d accept a connection failed,error:%s", i, strerror(errno));
49         }
50         char buffer[MAXLINE];
51         int nbytes = read(connfd, buffer, MAXLINE);
52         printf("read from client is:%s\n", buffer);
53         write(connfd, buffer, nbytes);
54         close(connfd);
55     }
56     return 0;
57 }
58 
59 int main()
60 {
61     int i = 0;
62     for (i = 0; i < WORKER; i++) {
63         printf("Create worker %d\n", i);
64         pid_t pid = fork();
65         /*child  process */
66         if (pid == 0) {
67             worker(i);
68         }
69         if (pid < 0) {
70             printf("fork error");
71         }
72     }
73     /*wait child process*/
74     while (wait(NULL) != 0)
75         ;
76     if (errno == ECHILD) {
77         fprintf(stderr, "wait error:%s\n", strerror(errno));
78     }
79     return 0;
80 }

個人測試機器內核版本爲：

測試結果以下所示：

從結果能夠看出，四個進程監聽相同的IP和port。

 四、參考資料

http://lists.dragonflybsd.org/pipermail/users/2013-July/053632.html

http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2015/02/12/422893.html 

http://m.blog.chinaunix.net/uid-10167808-id-3807060.html