SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT作用

本文内容主要是对SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT异同 的理解和总结，重点记录linux下SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT的作用和区别

背景

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SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT主要是影响socket绑定ip和port的成功与否。先简单说几点绑定规则
规则1：socket可以指定绑定到一个特定的ip和port，例如绑定到192.168.0.11:9000上；
规则2：同时也支持通配绑定方式，即绑定到本地"any address"（例如一个socket绑定为 0.0.0.0:21，那么它同时绑定了所有的本地地址）；
规则3：默认情况下，任意两个socket都无法绑定到相同的源IP地址和源端口。

在了解了上述背景后下面简单说明一下linux中SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT对绑定的影响。由于大多数平台对SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT的实现都是BSD上的衍生版本，因此的先介绍BSD中这两个参数的作用。

SO_REUSEADDR

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SO_REUSEADDR的作用主要包括两点
1、改变了通配绑定时处理源地址冲突的处理方式，其具体的表现方式为：未设置SO_REUSEADDR时，socketA先绑定到0.0.0.0:21，后socketB绑定192.168.0.1:21将失败，不符合规则3。但在设置SO_REUSEADDR后socketB将绑定成功。并且这个设置对于socketA（通配绑定）和socketB（特定绑定）的绑定是顺序无关的。下表总结了BSD在各个情况下的绑定情况

SO_REUSEADDR	先绑定socketA	后绑定socketB	绑定socketB的结果
无关	192.168.0.1:21	192.168.0.1:21	Error (EADDRINUSE)
无关	192.168.0.1:21	10.0.0.1:21	OK
无关	10.0.0.1:21	192.168.0.1:21	OK
disable	0.0.0.0:21	192.168.1.0:21	Error (EADDRINUSE)
disable	192.168.1.0:21	0.0.0.0:21	Error (EADDRINUSE)
enable	0.0.0.0:21	192.168.1.0:21	OK
enable	192.168.1.0:21	0.0.0.0:21	OK
无关	0.0.0.0:21	0.0.0.0:21	Error (EADDRINUSE)

对于linux，要使这个设置达到预期效果，对于绑定的顺序的有要求的，即在设置了SO_REUSEADDR，须先进行特定绑定，后进行通配绑定，后者才能成功；如果先进行通配绑定，后面的绑定（端口相同情况下）地址只要和通配绑定中的一个相同都将失败。

2、改变了系统对处于TIME_WAIT状态的socket的看待方式，要理解这个句话，首先先简单介绍以下什么是处于TIME_WAIT状态的socket？

socket通常都有发送缓冲区，当调用send()函数成功后，只是将数据放到了缓冲区，并不意味着所有数据真正被发送出去。对于TCP socket，在加入缓冲区和真正被发送之间的时延会相当长。这就导致当close一个TCP socket的时候，可能在发送缓冲区中保存着等待发送的数据。为了确保TCP的可靠传输，TCP的实现是close一个TCP socket时，如果它仍然有数据等待发送，那么该socket会进入TIME_WAIT状态。这种状态将持续到数据被全部发送或者发生超时（这个超时时间通常被称为Linger Time，大多数系统默认为2分钟）。

在未设置SO_REUSEADDR时，内核将一个处于TIME_WAIT状态的socketA仍然看成是一个绑定了指定ip和port的有效socket，因此此时如果另外一个socketB试图绑定相同的ip和port都将失败（不满足规则3），直到socketA被真正释放后，才能够绑定成功。如果socketB设置SO_REUSEADDR（仅仅只需要socketB进行设置），这种情况下socketB的绑定调用将成功返回，但真正生效需要在socketA被真正释放后。（这个地方的理解可能有点问题，待后续验证一下）。总结一下：内核在处理一个设置了SO_REUSEADDR的socket绑定时，如果其绑定的ip和port和一个处于TIME_WAIT状态的socket冲突时，内核将忽略这种冲突，即改变了系统对处于TIME_WAIT状态的socket的看待方式。

SO_REUSEPORT

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SO_REUSEPORT作用就比较明显直观，即打破了上面的规则3
1、允许将多个socket绑定到相同的地址和端口，前提每个socket绑定前都需设置SO_REUSEPORT。如果第一个绑定的socket未设置SO_REUSEPORT，那么其他的socket无论有没有设置SO_REUSEPORT都无法绑定到该地址和端口直到第一个socket释放了绑定。

2、attention：SO_REUSEPORT并不表示SO_REUSEADDR，即不具备上述SO_REUSEADDR的第二点作用（对TIME_WAIT状态的socket处理方式）。因此当有个socketA未设置SO_REUSEPORT绑定后处在TIME_WAIT状态时，如果socketB仅设置了SO_REUSEPORT在绑定和socketA相同的ip和端口时将会失败。解决方案
（1）、socketB设置SO_REUSEADDR 或者socketB即设置SO_REUSEADDR也设置SO_REUSEPORT
（2）、两个socket上都设置SO_REUSEPORT

Linux 内核3.9加入了SO_REUSEPORT。除上述功能外其额外实现了
1、为了阻止port 劫持Port hijacking，限制所有使用相同ip和port的socket都必须拥有相同的有效用户id(effective user ID)。
2、linux内核在处理SO_REUSEPORT socket的集合时，进行了简单的负载均衡操作，即对于UDP socket，内核尝试平均的转发数据报，对于TCP监听socket，内核尝试将新的客户连接请求(由accept返回)平均的交给共享同一地址和端口的socket(监听socket)。

理解可能有误，可参考原文http://stackoverflow.com/questions/14388706/socket-options-so-reuseaddr-and-so-reuseport-how-do-they-differ-do-they-mean-t