端口复用之So_Reuseaddr-so

端口复用是网络编程里的经典问题，同时这里面的知识点又非常繁琐，本文通过代码简单介绍一下 SO_REUSEADDR，但不会涉及到 SO_REUSEPORT。

长期以来，我们都有一个认知，就是不能监听同一个端口。比如以下代码。

server1.listen(8080);
server2.listen(8080);

我们就会看到 Address already in use 的错误。但是真的不能绑定到同一个端口吗?不一定。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

void start_server(__uint32_t host) {
    int listenfd, connfd;
    struct sockaddr_in servaddr;

    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){
        goto ERROR;
    }
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = host;
    servaddr.sin_port = htons(6666);

    if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){
        goto ERROR;
    }

    if(listen(listenfd, 10) == -1) {
        goto ERROR;
    }
    return;
    ERROR:
        printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
}

int main(){
   start_server(inet_addr("127.0.0.1"));
   start_server(inet_addr("192.168.8.246"));
}

上面的代码启动了两个服务器，两个服务器都绑定了同一个端口，编译执行是可以正常跑的，因为我指定了不同的 IP。由此可见，平时我们认为多个服务器不能同时监听同一个端口是因为我们只指定了端口，而没有指定 IP。

const net = require('net');
const server = net.createServer();
server.listen(8080);

执行以上代码，通过 lsof -i:8080 可以看到绑定的地址 *:8080。也就是说，如果我们没有指定 IP，那么系统就会默认监听全部 IP。当第二次监听同一个端口时就会报错。接着看第二种情况。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

void start_server(__uint32_t host) {
    int listenfd, connfd;
    struct sockaddr_in servaddr;

    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){
        goto ERROR;
    }
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = host;
    servaddr.sin_port = htons(6666);

    if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){
        goto ERROR;
    }

    if(listen(listenfd, 10) == -1) {
        goto ERROR;
    }
    return;
    ERROR:
        printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
}

int main(){
   start_server(htonl(INADDR_ANY));
   start_server(inet_addr("127.0.0.1"));
}

上面的代码执行会报错 Address already in use。为什么改成 INADDR_ANY 就不行了呢?因为 INADDR_ANY 代表的是全部 IP，这样默认情况下就无法绑定到其他 IP 了。从逻辑上来说就是当操作系统收到这个127.0.0.1:6666 的数据包时，不知道该给谁处理，因为绑定的两个地址都命中了。但是我们可以告诉操作系统把这个数据包给谁。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

void start_server(__uint32_t host) {
    int listenfd, connfd;
    struct sockaddr_in servaddr;

    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){
        goto ERROR;
    }
    int on = 1;
    if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on))) {
        goto ERROR;
    }

    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = host;
    servaddr.sin_port = htons(6666);

    if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){
        goto ERROR;
    }

    if(listen(listenfd, 10) == -1) {
        goto ERROR;
    }
    return;
    ERROR:
        printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
}

int main(){
   start_server(htonl(INADDR_ANY));
   start_server(inet_addr("127.0.0.1"));
}

上面代码加入了 SO_REUSEADDR 的逻辑，编译执行成功。由此可见，SO_REUSEADDR 就是告诉操作系统当一个数据包命中多个socket时应该给谁处理，操作系统明确了这个逻辑后，自然也就允许以这种方式监听端口了。