bind系统调用背后的端口管理复用

很久之前写过以上：套接字socket的底层来龙去脉、sockfs文件系统的实现，可以作为本文的前置知识进行学习浏览。

先来一张本文中核心的一张图，具体可以看后面文章的解释：

本文从socket的bind系统调用进行分析，主要是了解一下bind背后，Linux内核是如何进行端口绑定、如何管理本地众多的端口号。

先直观感受bind系统调用背后的端口管理、端口复用

#include < stdio.h >
#include < stdlib.h >
#include < string.h >
#include < unistd.h >
#include < sys/socket.h >
#include < netinet/in.h >
#include < arpa/inet.h >
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd_one;
    int err_log;
    sockfd_one = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建TCP套接字one
    if(sockfd_one < 0)
    {
    perror("sockfd_one");
    exit(-1);
    }
 
    // 设置本地网络信息
    struct sockaddr_in my_addr;
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family = AF_INET;
    my_addr.sin_port = htons(8000);        // 端口为8000
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 
    // 绑定，端口为8000
    err_log = bind(sockfd_one, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
    if(err_log != 0)
    {
        perror("bind sockfd_one");
        close(sockfd_one);        
        exit(-1);
    }
 
    int sockfd_two;
    sockfd_two = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //创建TCP套接字two
    if(sockfd_two < 0)
    {
        perror("sockfd_two");
        exit(-1);
    }
 
    // 新套接字sockfd_two，继续绑定8000端口，绑定失败
    // 因为8000端口已被占用，默认情况下，端口没有释放，无法绑定
    err_log = bind(sockfd_two, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
    if(err_log != 0)
    {
        perror("bind sockfd_two");
        close(sockfd_two);        
        exit(-1);
    }
 
    close(sockfd_one);
    close(sockfd_two);
 
    return 0;
}

可以看到端口重复绑定导致了第二个套接字创建失败，我们通过setsockopt系统调用在创建socket后设置端口可复用：

int opt = 1;
// sockfd为需要端口复用的套接字
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void *)&opt, sizeof(opt));

具体如下：

#include < stdio.h >
#include < stdlib.h >
#include < string.h >
#include < unistd.h >
#include < sys/socket.h >
#include < netinet/in.h >
#include < arpa/inet.h >
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd_one;
    int err_log;
    sockfd_one = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建UDP套接字one
    if(sockfd_one < 0)
    {
    perror("sockfd_one");
    exit(-1);
    }
 
    // 设置本地网络信息
    struct sockaddr_in my_addr;
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family = AF_INET;
    my_addr.sin_port = htons(8000);        // 端口为8000
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    
    // 在sockfd_one绑定bind之前，设置其端口复用
    int opt = 1;
    setsockopt( sockfd_one, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, 
                    (const void *)&opt, sizeof(opt) );
 
    // 绑定，端口为8000
    err_log = bind(sockfd_one, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
    if(err_log != 0)
    {
        perror("bind sockfd_one");
        close(sockfd_one);        
        exit(-1);
    }
 
    int sockfd_two;
    sockfd_two = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //创建UDP套接字two
    if(sockfd_two < 0)
    {
        perror("sockfd_two");
        exit(-1);
    }
 
    // 在sockfd_two绑定bind之前，设置其端口复用
    opt = 1;
    setsockopt( sockfd_two, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, 
                    (const void *)&opt, sizeof(opt) );
    
    // 新套接字sockfd_two，继续绑定8000端口，成功
    err_log = bind(sockfd_two, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
    if(err_log != 0)
    {
        perror("bind sockfd_two");
        close(sockfd_two);        
        exit(-1);
    }
    printf("two socket create success!n");
    close(sockfd_one);
    close(sockfd_two);
 
    return 0;
}

如上，两个套接字绑定同一个端口都创建成功。下面将从bind出发分析bind是如何端口管理、复用的。