socket选项

• socket选项
• SO_REUSEADDR选项
• SO_RCVBUF和SO_SNDBUF选项
• SO_RCVLOWAT和SO_SNDLOWAT选项
• SO_LINGER选项

socket选项

下面两个系统调用专门读取和设置socket文件描述符属性的方法：

#include 《sys/socket.h>
int getsockopt(int sockfd,int level,int option_name,void* option_value,socklen_t* restrict option_len);

int getsockopt(int sockfd,int level,int option_name,const void* option_value,socklen_t option_len);

sockfd参数是指被操作的目标socket。level参数指定要操作的哪个协议写选项（即属性），比如IPv4,IPv6,TCP等。option_name参数则指定选项的名字。

level	option_name	数据类型	说明
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_DEBUG	int	打开调试信息
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_REUSEADDR	int	重用本地地址
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_TYPE	int	获取socket类型
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_ERROR	int	获取并清除socket错误状态
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_DONTROUTE	int	不查看路由表，直接将数据发送给恩地局域网内的主机，含义和send系统调用的MSG_DONTROUTE标志类似。
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_RCVBUF	int	TCP接受缓冲区大小
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_SNDBUF	int	TCP发送缓冲区大小
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_KEEPALIVE	int	发送周期性保活报文以维持连接
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_OOBINLINE	int	接收到的带外数据将存留在普通数据的输入队列中（在线存留），此时我们不能使用带MSG_OOB标志的读操作来读取带外数据（而应该像读取普通数据那样读取外带数据）
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_LINGER	linger	若有数据待发送，则延迟关闭。
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_RCVLOWAT	int	TCP接收缓存区低水位标记
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_SNDLOWAT	int	TCP发送缓冲区低水位标记
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_REVTIMEO	timeval	接收数据超时
SOL_SOCKET（通用socket选项，与协议无关）	SO_SNDTIMEO	timeval	发送数据超时
IPPROTO_IP（IPv4选项）	IP_TOS	int	服务类型
IPPROTO_IP（IPv4选项）	IP_TTL	int	存活时间
IPPROTO_IP6（IPv6选项）	IPV6_NEXTHOP	sockaddr_in6	服务类型
IPPROTO_IP6（IPv6选项）	IPV6_RECVPKTIFO	int	下一跳IP地址
IPPROTO_IP6（IPv6选项）	IPV6_DONTFRAG	int	禁止分片
IPPROTO_IP6（IPv6选项）	IPV6_RECVTCLASS	int	接收通信类型
IOORITO_TCP（TCP选项）	TCP_MAXSEG	int	TCP最大报文段大小
IOORITO_TCP（TCP选项）	TCP_NODEELAY	int	禁止Nage算法

getsocketopt和setsockopt两个函数成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。

值得指出的是，对服务器而言，有部分socket选项只能在调用listen系统调用前针对监听socket设置才生效、这是因为连接socket只能由accept调用返回，而accept从listen监听队列中接收的连接至少已经完成了三次握手的前两个步骤（因为listen监听队列中的连接至少已经进入SYN_RECD状态），这说明服务器已经往被接受连接上发送出了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并设置socket选项，那么accept返回的连接socket将自动继承这些选项。

这些socket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。

而对客户端而言，这些socket选择则应该在调用connect函数之前设置，因为connect调用成功返回之后，TCP三次握手已经完成。

SO_REUSEADDR选项

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。具体实现方法如下：

int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
assert( sock >= 0);
int resue = 1;
setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&resue,sizeof(resue));

struct sicjaddr_in address;
bzero(address,sizeof(address));
address.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET,ip,&address.sin_addr);
address.sin_port = hton(port);
int ret = bind(sock,(sockaddr*)&address,sizeof(address));

结果setsockopt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，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，从而是的TCP连接根本不进入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接受缓冲区和发送缓冲区的大小。不过，当我们用setsocketopt来设置TCP的接受缓冲区和发送缓冲区的大小时，系统都会将其值加倍，并且不得小于某个最小值。TCP接受缓冲区的最小值是256字节，而发送缓冲区的最小值是2048字节（不同的系统可能有不容的默认最小值）。系统这样做的目的，主要是确保一个TCP连接拥有足够的空闲缓冲区来处理拥塞（比如快速重传算法就期望TCP接收区至少能容纳4个大小为SMSS的TCP数据报）。此外，我们也可以直接修改内核参数/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem来强制TCP接受缓冲区和发送缓冲区的大小没有最小值限制。

下面是客户端和服务端程序 修改缓冲区和接收区的大小：

set_send_buffer.c

#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 <= 2)
	{
		printf("uage:%s ip_address port_number send_buffer_size\n",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(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	assert(sock >= 0);
	
	int sendbuf = atoi(argv[3]);
	int len = sizeof(sendbuf);
	//设置TCP缓冲区大小 然后立即读取
	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;
}

set_recv_buffer.c

#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 <= 2)
	{
		printf("uage %s ip_address port_number recv_buffer_size\n",argv[1]);
		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(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	assert( sock >= 0);
	
	int recvbuf = atoi(argv[3]);
	int len = sizeof(recvbuf);
	//先设置TCP接受缓冲区大小 然后读取
	setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf,sizeof(recvbuf));
	getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf,(socklen_t*)&len);
	printf("the tcp receive buffer size after setting 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;
}

从服务端的输出来看，系统允许的TCP接受缓冲区最小为256.当我们设置TCP接受缓冲区的大小为50字节时，系统将忽略我们的设置。从客户端的输出来看，我们的TCP发送缓冲区的大小被系统增加了一倍。

SO_RCVLOWAT和SO_SNDLOWAT选项

SO_RCVLOWAT和SO_SNDLOWAT选项分别表示TCP接受缓冲区的发送缓冲区的低水位标记。他们一般被I/O复用系统调用来判断socket是否可读或可写。当TCP接受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发送缓冲区中的闲置空间（可以写入数据的空间）大于其低水位时，I/O复用系统调用将通知应用程序可以往对应的socket数据写入数据。

默认情况下，TCP接受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（获取）SO_LINGER选项的值时，我们需要给setsocketopt（getsocketopt）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;		//开启还是关闭该选项
	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系统调用产生如下3中行为之一：

• l_ononff等于0。此时SO_LINGER选项不起作用，close用默认行为来关闭socket。
• l_ononff不为0，ononff等于0。此时close系统调用立即返回，TCP模块丢弃被关闭的socket对应的TCP中发送缓冲区中残留的数据，同时给对方发送一个复位报文段。因此，这种行为给服务器提供了异常终止一个连接的方法。
• l_ononff不为0，l_linger大于0。此时close行为取决于两个条：一是被关闭的socket对应的TCP发送缓冲区中是否还有残留的数据；二是该socket是阻塞的，还是非阻塞。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确认。如果这段时间内TCP模块没有发送完残留数据并得到对方的却，那么close系统调用返回-1并设置errno为EWOULDNLOCK。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发送完毕。