“SO_REUSEPORT”（OS X）或“SO_REUSEADDR”（Linux）真的允许用户将recvfrom用于多个套接字吗？

Question

我正在 OS X (10.9.4) 上编写一个非常初学者的 UDP 套接字代码，它使用多个绑定到相同 IP 地址和端口的 UDP 套接字。我认为使用SO_REUSEPORT 可以让我通过多个套接字接收数据包。但是在下面的例子中，只有两个套接字中的一个可以接收数据（即client2，它将一个套接字绑定到client1之后的端口）。

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

class UDP
{
private:
  uint32_t           fSocket;
  struct sockaddr_in fSourceSocketAddress;
  struct sockaddr_in fDestinationSocketAddress;

public:
  UDP(const std::string& source_host, uint16_t source_port,
      const std::string& dest_host,   uint16_t dest_port);

  void Send(const std::string& str);
  std::string Receive();

};

//______________________________________________________________________________
UDP::UDP(const std::string& source_host, uint16_t source_port,
         const std::string& dest_host,   uint16_t dest_port)
{
  fSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

  int on = 1;
  errno = 0;
  setsockopt(fSocket, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (char*)&on, sizeof(on));

  memset(&fDestinationSocketAddress, 0, sizeof(fDestinationSocketAddress));
  fDestinationSocketAddress.sin_addr.s_addr = inet_addr(dest_host.c_str());
  fDestinationSocketAddress.sin_port = htons(dest_port);
  fDestinationSocketAddress.sin_family = AF_INET;

  memset(&fSourceSocketAddress, 0, sizeof(fSourceSocketAddress));
  fSourceSocketAddress.sin_addr.s_addr = inet_addr(source_host.c_str());
  fSourceSocketAddress.sin_port = htons(source_port);
  fSourceSocketAddress.sin_family = AF_INET;

  errno = 0;
  bind(fSocket, (struct sockaddr*)&fSourceSocketAddress, sizeof(fSourceSocketAddress));
}

//______________________________________________________________________________
void UDP::Send(const std::string& str)
{
  char buffer[100];
  strcpy(buffer, str.c_str());
  sendto(fSocket, buffer, str.length(), 0, (struct sockaddr*)&fDestinationSocketAddress, sizeof(fDestinationSocketAddress));
}

//______________________________________________________________________________
std::string UDP::Receive()
{
  fd_set fds;
  FD_ZERO(&fds);
  FD_SET(fSocket, &fds);

  struct timeval tv = {1, 0}; 
  int nselect = select(fSocket + 1, &fds, NULL, NULL, &tv);
  if(nselect == 0 or !FD_ISSET(fSocket, &fds)){
    return "";
  } // if

  char buffer[100];
  recvfrom(fSocket, buffer, 99, 0, NULL, NULL);
  buffer[99] = '\0';

  return std::string(buffer);
}

//______________________________________________________________________________
int main()
{
  UDP client1("127.0.0.1", 8000, "127.0.0.1", 8001);
  UDP client2("127.0.0.1", 8000, "127.0.0.1", 8001);
  UDP server ("127.0.0.1", 8001, "127.0.0.1", 8000);

  for(int i = 0; i < 10; i++){
    server.Send("Hello");
  } // i

  for(int i = 0; i < 10; i++){
    std::cout << "Client 1 received: " << client1.Receive() << std::endl;
    std::cout << "Client 2 received: " << client2.Receive() << std::endl;
  } // i

  return 0;
}

这是此示例代码的结果。

$ ./a.out         
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: Hello

但我的预期结果如下。

$ ./a.out         
Client 1 received: Hello
Client 2 received: Hello
Client 1 received: Hello
Client 2 received: Hello
Client 1 received: Hello
Client 2 received: Hello
Client 1 received: Hello
Client 2 received: Hello
Client 1 received: Hello
Client 2 received: Hello
Client 1 received: 
Client 2 received: 
(snip)

如何让两个套接字都接收到“Hello”？我还想让代码与 Linux（内核 2.4）兼容。我尝试在 Linux 上使用 SO_REUSEADDR 而不是 SO_REUSEPORT，但得到的结果与在 OS X 上相同。

Answer 1

SO_REUSEPORT 和SO_REUSEADDR 用于允许另一个应用程序（进程）在您的程序完成后立即使用相同的地址；它们与同一程序中的多线程无关。

您看到的是两个线程收到已发送消息的通知，但只有线程 2 将消息出队，因为它是最后一个请求端口的线程。

需要考虑的一些事情：

服务器通常只监听一个端口。没有理由指定远程地址，因为可以从客户端消息中获得。如果您指定希望接收消息的客户端 from 的地址和端口，那么您将无法在任何地方处理来自任何其他客户端的请求。

客户端通常（某些特殊情况，如 FTP 和 NFS 使用特定客户端端口作为安全措施）打开一个新端口与服务器通信。指定要连接的端口限制了同一台机器上可以运行的客户端数量。

另外，使用 UDP（不包括多播）没有连接前导码，因此在客户端向服务器发送消息之前，服务器无法知道客户端的存在，更不用说它的地址是什么了。

我希望这会有所帮助；这里没有代码可以直接解决您的问题，因为它通常基于对 UDP 和套接字编程的一些基本误解，但是颠倒您的工作（让客户端与服务器通信，服务器分别响应每个客户端）应该帮助使其更清晰。