多进程可以监听同一端口吗
当然可以,只要你使用 SO_REUSEPORT 这个参数。
还是先来看下man文档中是怎么说的:
从文档中可以看到,该参数允许多个socket绑定到同一本地地址,即使socket是处于listen状态的。
当多个listen状态的socket绑定到同一地址时,各个socket的accept操作都能接受到新的tcp连接。
很神奇对吧,写段代码测试下:
编译并执行该程序:
看下当前8888端口的所有socket的状态:
和我们预想的一样,只有一个socket处于listen状态。
我们再执行一次该程序:
再次查看8888端口socket的状态:
此时已经出现两个socket在监听8888端口(注意它们的ip地址也是一样的),而这两个socket分别属于两个进程。
我们现在再用ncat模拟客户端,连接8888端口:
重复该操作,建立n个到8888端口的tcp连接,此时两个服务端终端的输出如下。
服务端1:
服务端2:
可以看到,tcp连接基本上算是均匀分布到两个服务器上,神奇。
下面我们来看到对应的linux内核代码,看看它是如何实现的。
当我们做bind等操作时,就会调用这个方法,参数snum就是我们要bind的端口。
该方法中,类型struct inet_bind_bucket代表端口bind的具体信息,比如:哪个socket在bind这个端口。
hinfo->bhash是用于存放struct inet_bind_bucket实例的hashmap。
该方法先从hinfo->bhash这个hashmap中找,该端口是否已经被bind过,如果没有,则新创建一个tb,比如我们第一次listen操作时,该端口就没有被使用,所以会新创建一个tb。
新创建的tb,它的tb->owners是empty,此时,如果我们设置了SO_REUSEPORT参数,那sk->sk_reuseport字段值就会大于0,也就是说,第一次listen操作之后,tb->fastreuseport的值被设置为FASTREUSEPORT_ANY(大于0)。
当我们第二次做listen操作时,又会进入到这个方法,此时hinfo->bhash的map中存在相同端口的tb,所以会goto到tb_found部分。
因为之前的listen操作会把其对应的socket放入到tb->owners中,所以第二次的listen操作,tb->owners不为empty。
进而,逻辑处理会进入到sk_reuseport_match方法,如果此方法返回true,则内核会允许第二次listen操作使用该本地地址。
我们看下sk_reuseport_match方法:
由于上一次listen操作,tb->fastreuseport被设置为FASTREUSEPORT_ANY,而此次listen操作的socket,又设置了SO_REUSEPORT参数,即sk->sk_reuseport值大于0,所以,该方法最终返回true。
由上可见,设置了SO_REUSEPORT参数之后,第二次listen中的bind操作是没用问题的,我们再看下对应的listen操作:
listen方法最终会调用上面的方法,在该方法中,sk代表第二次listen操作的socket,sk2代表第一次listen操作的socket。
该方法的大致逻辑为:
1. 将sk2->sk_reuseport_cb字段值赋值给reuse。
2. 将sk放入到reuse->socks字段代表的数组中。
3. 将sk的sk_reuseport_cb字段也指向这个数组。
也就是说,该方法会将所有第二次及其以后的listen操作的socket放入到reuse->socks字段代表的数组中(第一次listen操作的socket在创建structsock_reuseport实例时就已经被放入到该数组中了),同时,将所有listen的socket的sk->sk_reuseport_cb字段,都指向reuse,这样,我们就可以通过listen的socket的sk_reuseport_cb字段,拿到structsock_reuseport实例,进而可以拿到所有其他的listen同一端口的socket。
到现在为止,reuseport是如何实现的基本就明朗了,当有新的tcp连接来时,只要我们找到监听该端口的一个listen的socket,就等于拿到了所有设置了SO_REUSEPORT参数,并监听同样端口的其他socket,我们只需随机挑一个socket,然后让它完成之后的tcp连接建立过程,这样我们就可以实现tcp连接均匀负载到这些listensocket上了。
看下相应代码:
看到了吧,该方法中,最后使用了reciprocal_scale方法,计算被选中的listensocket的索引,最后返回这个listensocket继续处理tcp连接请求。
看下reciprocal_scale方法是如何实现的:
算法虽然我们看不懂,但通过其注释我们可以知道,它返回的值的区间是[0,ep_ro),再结合上面的reuseport_select_sock方法我们可以确定,返回的就是所有listensocket的数组下标索引。
至此,有关SO_REUSEPORT参数的内容我们就讲完了。
上篇文章 socket的SO_REUSEADDR参数全面分析中,我们分析了SO_REUSEADDR参数,那这个参数和SO_REUSEADDR又有什么区别呢?
SO_REUSEPORT参数是SO_REUSEADDR参数的超集,两个参数目的都是为了重复使用本地地址,但SO_REUSEADDR不允许处于listen状态的地址重复使用,而SO_REUSEPORT允许,同时,SO_REUSEPORT参数还会把新来的tcp连接负载均衡到各个listensocket上,为我们tcp服务器编程,提供了一种新的模式。
其实,该参数在我上次写的socks5代理那个项目就有用到(是的,我又用rust实现了一版socks5代理),通过使用该参数,我可以开多个进程同时处理socks5代理请求,现在使用下来的感受是,真的非常快,用Google什么的完全不是问题。
好,就到这里吧。
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