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读取和设置 socket 选项

正如 fcntl 系统调用是控制文件描述符属性的通用 POSIX 方法；socket文件描述符的属性也有两个系统调用专门 读取 和 设置 ：

#include<sys/socket.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, void* option_value, socklen_t* restrict option_len);
// sockfd 指定被操作的socket。
// level 指定操作哪个协议的选项（属性），如：IPv4、IPv6、TCP等。
// option_name 指定选项的名字。
// option_value 和 option_len 参数分别指定操作选项值和长度。
// 成功返回0，失败返回-1并置errno。

socket 选项

level	option	数据类型	说明	必须在 listen/connect 调用之前设置
SOL_SOCKET	SO_DEBUG	int	打开调试信息	YES
（通用 socket 选项，与协议无关）	SO_REUSEADDR	int	重用本地地址。如：可以令服务器处于 TIME_WAIT 的端口立刻被使用。
	SO_TYPE	int	获取 socket 类型
	SO_ERROR	int	获取并清除 socket 错误状态
	SO_DONTROUTE	int	不查看路由表，直接将数据发送给本地局域网内的主机。类同 send 系统调用的 MSG_DONTROUTE。	YES
	SO_RCVBUF	int	TCP接收缓冲区大小（最小值是256字节）	YES
	SO_SNDBUF	int	TCP发送缓冲区大小（最小值是2048字节）	YES
	SO_RCVLOWAT	int	TCP接收缓冲区低水位标记	YES
	SO_SNDLOWAT	int	TCP发送缓冲区低水位标记	YES
	SO_RCVLOWAT	int	接收数据超时
	SO_SNDLOWAT	int	发送数据超时
	SO_KEEPALIVE	int	发送周期性保活报文以维持连接	YES
	SO_OBBINLINE	int	接收到的带外数据将 在线存留 在普通数据的输入队列中，此时我们不能使用带 MSG_OOB 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带外数据。	YES
	SO_LINGER	intger	若有数据待发送，则延迟关闭。	YES
IPPROTO_IP	IP_TOS	int	服务类型
（IPv4选项）	IP_TTL	int	存活时间
IPPROTO_IPV6	IPV6_NEXTHOP	sockaddr_in6	下一跳IP地址
（IPv6选项）	IPV6_RECVPKTINFO	int	接受分组信息
	IPV6_DONTFRAG	int	禁止分片
	IPV6_RECVTCLASS	int	接受通信类型
IPPROTO_TCP	TCP_MAXSEG	int	TCP最大报文段大小	YES
（TCP选项）	TCP_NODELAY	int	禁止Nagle算法	YES

对 服务器 而言，部分socket选项 只能在调用 listen 系统调用前 针对 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 中接受的连接至少是个 半连接 ，这说明 服务器 已经往 客户端 上发送出了 TCP同步报文段（执行完了三次握手中的前两次）。但 部分 socket 选项只能在 TCP同步报文中设置 ，如：TCP最大报文段选项。对此有两种解决方案：

• 对于服务器而言，执行 listen系统调用 时设置这些 socket选项，那么 accept 返回的 连接socket 将自动继承这些选项（注1）。
• 对于客户端而言，这些 socket选项 应该在调用 connect函数 之前设置，因为 connect 调用成功之后三次握手已完成。

注1

这些选项包括：SO_DEBUG、SO_DONTROUTE、SO_KEEPALIVE、SO_LINGER、SO_OBBINLINE、SO_RCVBUF、SO_RCVLOWAT、TCP_MAXSEG、TCP_NODELAY 。

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SO_REUSEADDR

服务器程序可以通过设置本选项来强制使用被处于 TIME_WAIT 状态的连接占用的 socket 地址。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，甚至使 TCP 连接根本就不进入 TIME_WAIT 状态。

int sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0); // TCP协议，IPv4版本，基于流服务，0：使用默认协议
assert( sock >= 0); // 检测创建sock是否成功
int reuse = 1;
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse) );
// 操作描述符为sock的socket套接字，操作的属性是通用socket选项
// 选项类型为SO_REUSEADDR，SO_REUSEADDR的数据类型为int
// 1即为启用SO_REUSEADDR选项

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SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF

这两个选项分别用来表示 TCP 接收缓冲区大小和发送缓冲区大小。不过，当我们 通过setsockopt 来设置 TCP 的接收、发送缓冲区大小时，系统都会将其值加倍，并且不小于某个值。

一般来讲，TCP 接收缓冲区的最小值是 256 字节，发送缓冲区的最小值是 2048 字节（不同操作系统可能有差异）。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 来强制缓冲区没有最小值限制。

/* 先设置 TCP 接收缓冲区的大小，然后立即读取 */
setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, sizeof(recvbuf) );
getsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, ( socklen_t* )&len );
// sock 为目标套接字的文件描述符
// recvbuf 为设定的缓冲区大小
// len=sizeof( recvbuf );

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SO_RCVLOWAT 和 SO_SNDLOWAT

该两个选项分别表示接收、发送缓冲区的低水位标记。一般被 I/O复用系统调用 用来判断 socket 是否可读或可写：

• 当 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 发送缓冲区 中的空闲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，两者均为 1字节 。

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SO_LINGER 选项

该选项用于控制 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（获取）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：

#include <sys/socket.h>struct linger{int l_onoff; // 开启（非0）/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行为：

• l_onoff 等于 0。 此时 SO_LINGER 选项不起作用，close 用默认行为来关闭 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，同时给对方发送一个 复位报文段。这为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 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，阻塞： close 将等待一段长为 l_linger 的时间，直到 TCP模板 发送完所有残留数据并得到对方的确认。如果没发送完并得到确认，则 close 返回 -1 并设置 errno 为 EWOULDBLOCK。非阻塞： close 将立即返回，此时需要根据其 返回值 和 errno 来判断残留数据是否发送完毕。

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网络信息API

gethostbyname 和 gethostbyaddr

• gethostbyname： 根据主机名称获取主机的完整信息。通常先在本地的 /etc/hosts 配置文件中查找主机，没有找到再去访问 DNS 服务器。
• gethostbyaddr： 根据IP地址获取主机的完整信息。

#include<netdb.h>
struct hostent* gethostbyname( const char* name );
struct hostent* gethostbyaddr( const void* addr, size_t len, int type );
// len IIP地址长度
// type 指定addr所指IP地址的类型，可以是AF_INET或AFINET6

两者的返回类型都是 hostent 结构体类型的指针：

#include<netdb.h>
struct hostent{char* h_name; // 主机名char** h_aliases; // 主机别名列表，可有多个int h_addrtype; // 地址类型（地址族）int h_length; // 地址长度char** h_addr_list; // 按网络字节序列出的主机IP地址列表
};

getservbyname 和 getservbyport

根据名称/端口号获得某个服务的完整信息。实际上都是通过读取 /etc/services 文件来获取服务的信息的。

#include<netdb.h>
struct servent* getservbyname( const char* name, const char* proto );
struct servent* getservbyport( int port, const char* proto );
// name 目标服务的名字
// port 目标服务对应的端口号
// proto 服务类型，tcp表流服务、udp表数据报服务、NULL表获取所有类型的服务

两者的返回类型都是 servent 结构体类型的指针：

#include<netdb.h>
struct servent{char* s_name; // 服务名称char** s_aliases; // 服务别名列表，可有多个int s_port; // 端口号char* s_proto; // 服务类型，通常是 tcp 或 udp
};

不可重入

gethostbyname、gethostbyaddr、getservbyname 和 getservbyport 都是不可重入的，即非线程安全的。但是 netdb.h 头文件给出了它们的可重入版本：在原函数名尾部加上 _r（re-entrant）。

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getaddrinfo

既能通过主机名获取 IP 地址（内部使用的是 gethostbyname），也能通过服务名获取端口号（内部使用的是 getservbyname），是否可重入取决于内部调用的函数（ gethostbyname、 getservbyname ）是否是它们的可重入版本。

#include<netdb.h>
int getaddrinfo( const char* hostname, const char* service, const struct addrinfo* hints, struct addrinfo** result );
// hostname：可以接收主机名（服务名）/字符串表示的IP地址【IPv4使用点分十进制字符串、IPv6使用十六进制字符串】
// service：可以接收服务名/字符串表示的十进制端口号
// hints：可以为NULL，表示允许反馈任何可用的结果。
// result：指向一个用于存储反馈结果的链表

getaddrinfo 将隐式分配堆内存，因此调用结束后，必须释放这块内存：

#include <netdb.h>
void freeaddrinfo( struct addrinfo* res );

getaddrinfo 反馈的每一条结果都是 addinfo 结构体类型的对象：

struct addrinfo
{int ai_flags; // 标志int ai_family; // 地址族int ai_socktype; // 服务类型,SOCK_STREAM或SOCK_DGRAMint ai_protocol; // 具体的网络协议，等同于socket系统调用的第三个参数，常被设为0以表自动匹配对应协议。socklen_t ai_addrlen; // socket地址ai_addr的长度char* ai_canonname; // 主机的别名struct sockaddr* ai_addr; // 指向socket地址struct addrinfo* ai_next; // 指向下一个 sockinfo 结构的对象
};

ai_flags成员可以取下表中的标志的按位或：

选项	含义
AI_PASSIVE	套接字地址将用于调用 bind 函数，服务器通常需要设置以表接受任何本地 socket 地址上的服务请求。客户端不能设置。
AI_CANONNAME	返回主机的别名
AI_NUMERICHOST	hostname 参数必须是IP地址字符串，避免了DNS查询。
AI_NUMERICSERV	强制 service 参数必须是十进制端口号字符串，不能是服务名。
AI_V4MAPPED	如果对 IPv6 地址的 getaddrinfo 请求失败，则将 IPv4 映射为 IPv6 地址格式。
AI_ALL	必须和 AI_V4MAPPED 同时使用，否则将被忽略。同时返回 符合条件 和 由IPv4转换而来 的 IPv6地址。
AI_ADDRCONFIG	只有至少配置了一个IPv4/IPv6地址（除了回路地址）后，getaddrinfo 才会解析。和 AI_V4MAPPED 互斥。

当我们使用 hints 参数时，可以设置 addrinfo 中前四个成员，其他成员必须设置为 NULL。

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getnameinfo

内部使用 gethostbyaddr 和 getservbyport，是否可重入取决于内部调用的函数版本是否可重入：

#include<netdb.h>
int getnameinfo( const struct sockaddr* sockaddr, socklen_t addrlen, char* host, socklen_t hostlen, char* serv, socklen_t servlen, int flags );
// 将返回的主机名（服务名）存储在 host（serv） 参数指向的缓存中
// flags控制getnameinfo的行为

getaddrinfo 和 getnameinfo 成功时返回0，失败返回错误码。Linux下 strerror 函数能将数值错误码 error 转换为易读的字符串形式：

#include<netdb.h>
const char* gai_strerror( int error );