套接字的多种可选项

套接字可选项和I/O缓冲大小

套接字的多种可选项

套接字可选项分为 IPPROTO_IP、IPPROTO_TCP、SOL_SOCKET 三层，各层的含义为：
IPPROTO_IP：IP 协议相关事项；
IPPROTO_TCP：TCP 协议相关事项；
SOL_SOCKET：套接字相关的通用可选项。
下表列出了其中部分可选项，这些可选项无需立即掌握，用到什么学什么即可。

函数 - getsockopt & setsockopt

可选项的读取和设置由如下两个函数来是实现：
getsockopt & setsockopt

#include 
int getsockopt(int sock, int level, int optname, void* optval, socklen_t* optlen);
// 功能：读取套接字可选项
// 参数：sock：套接字文件描述符；level：可选项所属协议层；optname：要查看的可选项名称；
// optval：用于保存查看结果的缓冲地址；optlen：调用函数后，optlen 会保存 optval 返回的可选信息项的字节数
// 返回值：成功时返回 0，失败时返回 -1。
int setsockopt(int sock, int level, int optname, void* optval, socklen_t optlen);
// 功能：更改套接字可选项
// 参数：sock：套接字文件描述符；level：可选项所属协议层；optname：要更改的可选项名称；
// optval：保存要更改的选项信息的缓冲地址；optlen：指明参数 optval 所指对象的大小
// 返回值：成功时返回 0，失败时返回 -1。

示例：

#include 
#include 
#include 
#include 

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[]) 
{
	WSADATA wsaData;
	int tcp_sock, udp_sock;
	int sock_type;
	int optlen;
	int state;
	
	if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData)!=0)
		error_handling("WSAStartup() error!"); 
	
	optlen=sizeof(sock_type);
	tcp_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	udp_sock=socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);	
	printf("SOCK_STREAM: %d \n", SOCK_STREAM);
	printf("SOCK_DGRAM: %d \n", SOCK_DGRAM);
	
	state=getsockopt(tcp_sock, SOL_SOCKET, SO_TYPE, (void*)&sock_type, &optlen);
	if(state)
		error_handling("getsockopt() error!");
	printf("Socket type one: %d \n", sock_type);
	
	state=getsockopt(udp_sock, SOL_SOCKET, SO_TYPE, (void*)&sock_type, &optlen);
	if(state)
		error_handling("getsockopt() error!");
	printf("Socket type two: %d \n", sock_type);
	
	WSACleanup();
	return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

选项 - SO_SNDBUF & SO_RCVBUF

创建套接字同时将生成 I/O 缓冲
SO_SNDBUF 可选项表示输出缓冲大小相关信息，SO_RCVBUF 可选项表示输入缓冲大小相关信息。
这两个选项都是可读可写的。默认的输入输出缓冲大小可能在几万字节（几十）左右。
可以修改缓冲区大小，但是系统并不一定会完全按照我们的要求进行修改，修改结果可能会有所出入。

示例：

#include 
#include 
#include 
#include 

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
	WSADATA wsaData;
	int sock;  
	int snd_buf, rcv_buf, state;
	int len;
	
	if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData)!=0)
		error_handling("WSAStartup() error!"); 
	
	sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);	
	len=sizeof(snd_buf);
	state=getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void*)&snd_buf, &len);
	if(state)
		error_handling("getsockopt() error");
	
	len=sizeof(rcv_buf);
	state=getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (void*)&rcv_buf, &len);
	if(state)
		error_handling("getsockopt() error");
	
	printf("Input buffer size: %d \n", rcv_buf);
	printf("Outupt buffer size: %d \n", snd_buf);
	
	WSACleanup();
	return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

选项 - SO_REUSEADDR

time-wait状态

主动结束连接的一方（先发送 FIN 消息的）会经历 time-wait 状态。

地址分配错误（bind() error）

当使用 Ctrl+C 终止服务器程序时，服务器程序成为主动终止连接的一方，会经历 time-wait 状态。这时服务器之前所用的套接字是无法立即使用的（如果立即执行会发生 bind() error），只能等几分钟再执行或修改端口号（即修改套接字）。
客户端的 time-wait 状态无需关心，因为它的端口号是动态分配的。

地址再分配

有时需要立即重启服务器程序，这可以通过更改可选项 SO_REUSEADDR 的状态来实现。
SO_REUSEADDR 的默认值为 0，将其修改为 1 即可将 time-wait 状态下的套接字端口号重新分配给新的套接字。

使用方式：

int option = 1;
setsockopt(serv_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void*)&option, sizeof(option));

选项 - TCP_NODELAY

Nagle 算法是应用于 TCP 层的一个简单算法：只有收到前一数据的 ACK 消息时，Nagle 算法才会发送下一数据。
TCP 默认使用 Nagle 算法，因此会最大限度地进行缓冲，直到收到 ACK 才将数据发送出去。

Nagle 算法的优点：可以避免产生大量网络流量。如果不使用 Nagle 算法，数据到达输出缓冲后立即发送出去，会产生多个体积很小的包（如上图所示），增加网络负载。
Nagle 算法的缺点：很多时候会降低传输速度。不使用 Nagle 算法时，数据无需等待 ACK 报文就可以发送出去，没有等待时间。在发送大文件数据时尤其明显。因为传输大文件数据无论是否使用 Nagle 算法都不会产生大量的小数据包，而不使用 Nagle 算法则不用等待 ACK 报文，速度更快。
应根据情况选择是否禁用 Nagle 算法。

禁用Nagle算法

可选项 TCP_NODELAY 默认为 0，表示开启 Nagle 算法，将其修改为 1 即可禁用 Nagle 算法。
禁用 Nagle 算法的方式：

int opt_val = 1;
setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void*)&opt_val, sizeof(opt_val));

可以通过 TCP_NODELAY 的值查看 Nagle 算法的设置状态。

int opt_val = 1;
int opt_len = sizeof(opt_val);
getsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void*)&opt_val, &opt_len);

如果正在使用 Nagle 算法，opt_val 变量中会保存 0；如果已禁用 Nagle 算法，则保存 1。