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讀取和設置 socket 選項

正如 fcntl 系統調用是控制文件描述符屬性的通用 POSIX 方法；socket文件描述符的屬性也有兩個系統調用專門 讀取 和 設置 ：

#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 指定操作哪個協議的選項（屬性），如：IPv4、IPv6、TCP等。
// option_name 指定選項的名字。
// option_value 和 option_len 參數分別指定操作選項值和長度。
// 成功返回0，失敗返回-1并置errno。

socket 選項

level	option	數據類型	說明	必須在 listen/connect 調用之前設置
SOL_SOCKET	SO_DEBUG	int	打開調試信息	YES
（通用 socket 選項，與協議無關）	SO_REUSEADDR	int	重用本地地址。如：可以令服務器處于 TIME_WAIT 的端口立刻被使用。
	SO_TYPE	int	獲取 socket 類型
	SO_ERROR	int	獲取并清除 socket 錯誤狀態
	SO_DONTROUTE	int	不查看路由表，直接將數據發送給本地局域網內的主機。類同 send 系統調用的 MSG_DONTROUTE。	YES
	SO_RCVBUF	int	TCP接收緩沖區大小（最小值是256字節）	YES
	SO_SNDBUF	int	TCP發送緩沖區大小（最小值是2048字節）	YES
	SO_RCVLOWAT	int	TCP接收緩沖區低水位標記	YES
	SO_SNDLOWAT	int	TCP發送緩沖區低水位標記	YES
	SO_RCVLOWAT	int	接收數據超時
	SO_SNDLOWAT	int	發送數據超時
	SO_KEEPALIVE	int	發送周期性保活報文以維持連接	YES
	SO_OBBINLINE	int	接收到的帶外數據將 在線存留 在普通數據的輸入隊列中，此時我們不能使用帶 MSG_OOB 的讀操作來讀取帶外數據，而應該像讀取普通數據那樣讀取帶外數據。	YES
	SO_LINGER	intger	若有數據待發送，則延遲關閉。	YES
IPPROTO_IP	IP_TOS	int	服務類型
（IPv4選項）	IP_TTL	int	存活時間
IPPROTO_IPV6	IPV6_NEXTHOP	sockaddr_in6	下一跳IP地址
（IPv6選項）	IPV6_RECVPKTINFO	int	接受分組信息
	IPV6_DONTFRAG	int	禁止分片
	IPV6_RECVTCLASS	int	接受通信類型
IPPROTO_TCP	TCP_MAXSEG	int	TCP最大報文段大小	YES
（TCP選項）	TCP_NODELAY	int	禁止Nagle算法	YES

對 服務器 而言，部分socket選項 只能在調用 listen 系統調用前 針對 socket 設置才有效。這是因為連接 socket 只能由 accept 調用返回，而 accept 從 listen 監聽隊列 中接受的連接至少是個 半連接 ，這說明 服務器 已經往 客戶端 上發送出了 TCP同步報文段（執行完了三次握手中的前兩次）。但 部分 socket 選項只能在 TCP同步報文中設置 ，如：TCP最大報文段選項。對此有兩種解決方案：

• 對于服務器而言，執行 listen系統調用 時設置這些 socket選項，那么 accept 返回的 連接socket 將自動繼承這些選項（注1）。
• 對于客戶端而言，這些 socket選項 應該在調用 connect函數 之前設置，因為 connect 調用成功之后三次握手已完成。

注1

這些選項包括：SO_DEBUG、SO_DONTROUTE、SO_KEEPALIVE、SO_LINGER、SO_OBBINLINE、SO_RCVBUF、SO_RCVLOWAT、TCP_MAXSEG、TCP_NODELAY 。

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SO_REUSEADDR

服務器程序可以通過設置本選項來強制使用被處于 TIME_WAIT 狀態的連接占用的 socket 地址。此外，我們也可以通過修改內核參數 /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle 來快速回收被關閉的 socket，甚至使 TCP 連接根本就不進入 TIME_WAIT 狀態。

int sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0); // TCP協議，IPv4版本，基于流服務，0：使用默認協議
assert( sock >= 0); // 檢測創建sock是否成功
int reuse = 1;
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse) );
// 操作描述符為sock的socket套接字，操作的屬性是通用socket選項
// 選項類型為SO_REUSEADDR，SO_REUSEADDR的數據類型為int
// 1即為啟用SO_REUSEADDR選項

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SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF

這兩個選項分別用來表示 TCP 接收緩沖區大小和發送緩沖區大小。不過，當我們 通過setsockopt 來設置 TCP 的接收、發送緩沖區大小時，系統都會將其值加倍，并且不小于某個值。

一般來講，TCP 接收緩沖區的最小值是 256 字節，發送緩沖區的最小值是 2048 字節（不同操作系統可能有差異）。我們可以直接修改內核參數 /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem 和 /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem 來強制緩沖區沒有最小值限制。

/* 先設置 TCP 接收緩沖區的大小，然后立即讀取 */
setsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, sizeof(recvbuf) );
getsockopt( sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &recvbuf, ( socklen_t* )&len );
// sock 為目標套接字的文件描述符
// recvbuf 為設定的緩沖區大小
// len=sizeof( recvbuf );

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SO_RCVLOWAT 和 SO_SNDLOWAT

該兩個選項分別表示接收、發送緩沖區的低水位標記。一般被 I/O復用系統調用 用來判斷 socket 是否可讀或可寫：

• 當 接收緩沖區中 可讀數據的總數大于其低水位標記時，I/O復用系統調用 將通知應用程序可以從對應的 socket 上讀取數據
• 當 發送緩沖區 中的空閑空間大于其低水位標記時，I/O復用系統調用 將通知應用程序可以往對應的 socket 上寫入數據。

默認情況下，兩者均為 1字節 。

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SO_LINGER 選項

該選項用于控制 close系統調用 在關閉 TCP 連接時的行為。默認情況下，當我們使用 close系統調用 來關閉一個 socket 時，close 將立即返回，TCP 模塊負責把該 socket 對應的 TCP 發送緩沖區中殘留的數據發送給對方。

設置（獲取）SO_LINGER 選項的值時，我們需要給 setsockopt（getsockopt）系統調用傳遞一個 linger 類型的結構體：

#include <sys/socket.h>struct linger{int l_onoff; // 開啟（非0）/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同值，close 系統調用可能產生如下行為：

• l_onoff 等于 0。 此時 SO_LINGER 選項不起作用，close 用默認行為來關閉 socket。
• l_onoff 不為 0，l_linger 等于 0。 此時 close系統調用 立即返回，TCP模塊 將丟棄被關閉的 socket 對應的 TCP發送緩沖區 中殘留的數據，同時給對方發送一個 復位報文段。這為服務器提供了異常終止一個連接的方法。
• l_onoff 不為 0，l_linger 大于 0。 此時 close 的行為取決于兩個條件：
  1. 被關閉的 socket 對應的 發送緩沖區 中是否還有殘留的數據；
  2. 該 socket 是阻塞的還是非阻塞的，阻塞： close 將等待一段長為 l_linger 的時間，直到 TCP模板 發送完所有殘留數據并得到對方的確認。如果沒發送完并得到確認，則 close 返回 -1 并設置 errno 為 EWOULDBLOCK。非阻塞： close 將立即返回，此時需要根據其 返回值 和 errno 來判斷殘留數據是否發送完畢。

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網絡信息API

gethostbyname 和 gethostbyaddr

• gethostbyname： 根據主機名稱獲取主機的完整信息。通常先在本地的 /etc/hosts 配置文件中查找主機，沒有找到再去訪問 DNS 服務器。
• gethostbyaddr： 根據IP地址獲取主機的完整信息。

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

兩者的返回類型都是 hostent 結構體類型的指針：

#include<netdb.h>
struct hostent{char* h_name; // 主機名char** h_aliases; // 主機別名列表，可有多個int h_addrtype; // 地址類型（地址族）int h_length; // 地址長度char** h_addr_list; // 按網絡字節序列出的主機IP地址列表
};

getservbyname 和 getservbyport

根據名稱/端口號獲得某個服務的完整信息。實際上都是通過讀取 /etc/services 文件來獲取服務的信息的。

#include<netdb.h>
struct servent* getservbyname( const char* name, const char* proto );
struct servent* getservbyport( int port, const char* proto );
// name 目標服務的名字
// port 目標服務對應的端口號
// proto 服務類型，tcp表流服務、udp表數據報服務、NULL表獲取所有類型的服務

兩者的返回類型都是 servent 結構體類型的指針：

#include<netdb.h>
struct servent{char* s_name; // 服務名稱char** s_aliases; // 服務別名列表，可有多個int s_port; // 端口號char* s_proto; // 服務類型，通常是 tcp 或 udp
};

不可重入

gethostbyname、gethostbyaddr、getservbyname 和 getservbyport 都是不可重入的，即非線程安全的。但是 netdb.h 頭文件給出了它們的可重入版本：在原函數名尾部加上 _r（re-entrant）。

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getaddrinfo

既能通過主機名獲取 IP 地址（內部使用的是 gethostbyname），也能通過服務名獲取端口號（內部使用的是 getservbyname），是否可重入取決于內部調用的函數（ gethostbyname、 getservbyname ）是否是它們的可重入版本。

#include<netdb.h>
int getaddrinfo( const char* hostname, const char* service, const struct addrinfo* hints, struct addrinfo** result );
// hostname：可以接收主機名（服務名）/字符串表示的IP地址【IPv4使用點分十進制字符串、IPv6使用十六進制字符串】
// service：可以接收服務名/字符串表示的十進制端口號
// hints：可以為NULL，表示允許反饋任何可用的結果。
// result：指向一個用于存儲反饋結果的鏈表

getaddrinfo 將隱式分配堆內存，因此調用結束后，必須釋放這塊內存：

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

getaddrinfo 反饋的每一條結果都是 addinfo 結構體類型的對象：

struct addrinfo
{int ai_flags; // 標志int ai_family; // 地址族int ai_socktype; // 服務類型,SOCK_STREAM或SOCK_DGRAMint ai_protocol; // 具體的網絡協議，等同于socket系統調用的第三個參數，常被設為0以表自動匹配對應協議。socklen_t ai_addrlen; // socket地址ai_addr的長度char* ai_canonname; // 主機的別名struct sockaddr* ai_addr; // 指向socket地址struct addrinfo* ai_next; // 指向下一個 sockinfo 結構的對象
};

ai_flags成員可以取下表中的標志的按位或：

選項	含義
AI_PASSIVE	套接字地址將用于調用 bind 函數，服務器通常需要設置以表接受任何本地 socket 地址上的服務請求。客戶端不能設置。
AI_CANONNAME	返回主機的別名
AI_NUMERICHOST	hostname 參數必須是IP地址字符串，避免了DNS查詢。
AI_NUMERICSERV	強制 service 參數必須是十進制端口號字符串，不能是服務名。
AI_V4MAPPED	如果對 IPv6 地址的 getaddrinfo 請求失敗，則將 IPv4 映射為 IPv6 地址格式。
AI_ALL	必須和 AI_V4MAPPED 同時使用，否則將被忽略。同時返回 符合條件 和 由IPv4轉換而來 的 IPv6地址。
AI_ADDRCONFIG	只有至少配置了一個IPv4/IPv6地址（除了回路地址）后，getaddrinfo 才會解析。和 AI_V4MAPPED 互斥。

當我們使用 hints 參數時，可以設置 addrinfo 中前四個成員，其他成員必須設置為 NULL。

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getnameinfo

內部使用 gethostbyaddr 和 getservbyport，是否可重入取決于內部調用的函數版本是否可重入：

#include<netdb.h>
int getnameinfo( const struct sockaddr* sockaddr, socklen_t addrlen, char* host, socklen_t hostlen, char* serv, socklen_t servlen, int flags );
// 將返回的主機名（服務名）存儲在 host（serv） 參數指向的緩存中
// flags控制getnameinfo的行為

getaddrinfo 和 getnameinfo 成功時返回0，失敗返回錯誤碼。Linux下 strerror 函數能將數值錯誤碼 error 轉換為易讀的字符串形式：

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