【Linux C | 网络编程】套接字选项、getsockopt、setsockopt详解及C语言例子

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⏰发布时间⏰：2024-02-27 09:02:30

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🎄一、概述

在网络编程中，套接字选项经常需要用到，例如设置套接字缓冲区大小、设置套接字非阻塞等。在Linux中，与套接字选项相关的几个系统调用函数有：getsockopt、setsockopt、fcntl、ioctl。其中，getsockopt、setsockopt函数只能用于套接字选项，也是本文要求重点掌握的两个函数，而fcntl在网络编程中，最常见的就是将套接字设置成非阻塞。

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🎄二、Linux系统下套接字选项

下面两个图片是Linux系统下套接字选项汇总，级别分别有：SOL_SOCKET、IPPROTO_IP、IPPROTO_ICMPV6、IPPROTO_IPV6、IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP；数据类型中，用{}来表示结构体，如：linger{}表示struct linger、timeval{}表示struct timeval、timeval{}表示struct timeval。

1、套接字层和IP层的套接字选项汇总(见下图)

2、传输层的套接字选项汇总(见下图)

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🎄三、getsockopt、setsockopt 函数

✨3.1 getsockopt、setsockopt 函数介绍

函数原型：

#include <sys/socket.h>
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

• 函数说明：getsockopt和setstockopt用于获取或设置文件描述符sockfd引用的套接字的选项。
• 函数参数：
  • sockfd：要操作的文件描述符sockfd；
  • level：级别，取值一般有：SOL_SOCKET、IPPROTO_IP、IPPROTO_ICMPV6、IPPROTO_IPV6、IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP；
  • optname：选项名；
  • optval：指向某个变量的指针，用来存放获取或设置的值；
  • optlen：指明 optval 参数指向的内存大小。
• 返回值：成功返回 0 ，出错返回 -1。

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✨3.2 getsockopt、setsockopt 函数举例

下面代码是《unix网络编程卷1》源码进行修改的，可以依次打印获取到的套接字选项默认值。

// sockopt.c 修改自 《unix网络编程卷1》源码
/* include checkopts1 */
/* *INDENT-OFF* */
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/tcp.h>		/* for TCP_xxx defines */union val {int				i_val;long				l_val;struct linger		linger_val;struct timeval	timeval_val;
} val;static char	*sock_str_flag(union val *, int);
static char	*sock_str_int(union val *, int);
static char	*sock_str_linger(union val *, int);
static char	*sock_str_timeval(union val *, int);struct sock_opts {const char	   *opt_str;int		opt_level;int		opt_name;char   *(*opt_val_str)(union val *, int);
} sock_opts[] = {{ "SO_BROADCAST",		SOL_SOCKET,	SO_BROADCAST,	sock_str_flag },{ "SO_DEBUG",			SOL_SOCKET,	SO_DEBUG,		sock_str_flag },{ "SO_DONTROUTE",		SOL_SOCKET,	SO_DONTROUTE,	sock_str_flag },{ "SO_ERROR",			SOL_SOCKET,	SO_ERROR,		sock_str_int },{ "SO_KEEPALIVE",		SOL_SOCKET,	SO_KEEPALIVE,	sock_str_flag },{ "SO_LINGER",			SOL_SOCKET,	SO_LINGER,		sock_str_linger },{ "SO_OOBINLINE",		SOL_SOCKET,	SO_OOBINLINE,	sock_str_flag },{ "SO_RCVBUF",			SOL_SOCKET,	SO_RCVBUF,		sock_str_int },{ "SO_SNDBUF",			SOL_SOCKET,	SO_SNDBUF,		sock_str_int },{ "SO_RCVLOWAT",		SOL_SOCKET,	SO_RCVLOWAT,	sock_str_int },{ "SO_SNDLOWAT",		SOL_SOCKET,	SO_SNDLOWAT,	sock_str_int },{ "SO_RCVTIMEO",		SOL_SOCKET,	SO_RCVTIMEO,	sock_str_timeval },{ "SO_SNDTIMEO",		SOL_SOCKET,	SO_SNDTIMEO,	sock_str_timeval },{ "SO_REUSEADDR",		SOL_SOCKET,	SO_REUSEADDR,	sock_str_flag },
#ifdef	SO_REUSEPORT{ "SO_REUSEPORT",		SOL_SOCKET,	SO_REUSEPORT,	sock_str_flag },
#else{ "SO_REUSEPORT",		0,			0,				NULL },
#endif{ "SO_TYPE",			SOL_SOCKET,	SO_TYPE,		sock_str_int },
//	{ "SO_USELOOPBACK",		SOL_SOCKET,	SO_USELOOPBACK,	sock_str_flag },
//	{ "IP_TOS",				IPPROTO_IP,	IP_TOS,			sock_str_int },
//	{ "IP_TTL",				IPPROTO_IP,	IP_TTL,			sock_str_int },
#ifdef	IPV6_DONTFRAG{ "IPV6_DONTFRAG",		IPPROTO_IPV6,IPV6_DONTFRAG,	sock_str_flag },
#else{ "IPV6_DONTFRAG",		0,			0,				NULL },
#endif
#ifdef	IPV6_UNICAST_HOPS{ "IPV6_UNICAST_HOPS",	IPPROTO_IPV6,IPV6_UNICAST_HOPS,sock_str_int },
#else{ "IPV6_UNICAST_HOPS",	0,			0,				NULL },
#endif
#ifdef	IPV6_V6ONLY{ "IPV6_V6ONLY",		IPPROTO_IPV6,IPV6_V6ONLY,	sock_str_flag },
#else{ "IPV6_V6ONLY",		0,			0,				NULL },
#endif
//	{ "TCP_MAXSEG",			IPPROTO_TCP,TCP_MAXSEG,		sock_str_int },
//	{ "TCP_NODELAY",		IPPROTO_TCP,TCP_NODELAY,	sock_str_flag },
#ifdef	SCTP_AUTOCLOSE{ "SCTP_AUTOCLOSE",		IPPROTO_SCTP,SCTP_AUTOCLOSE,sock_str_int },
#else{ "SCTP_AUTOCLOSE",		0,			0,				NULL },
#endif
#ifdef	SCTP_MAXBURST{ "SCTP_MAXBURST",		IPPROTO_SCTP,SCTP_MAXBURST,	sock_str_int },
#else{ "SCTP_MAXBURST",		0,			0,				NULL },
#endif
#ifdef	SCTP_MAXSEG{ "SCTP_MAXSEG",		IPPROTO_SCTP,SCTP_MAXSEG,	sock_str_int },
#else{ "SCTP_MAXSEG",		0,			0,				NULL },
#endif
#ifdef	SCTP_NODELAY{ "SCTP_NODELAY",		IPPROTO_SCTP,SCTP_NODELAY,	sock_str_flag },
#else{ "SCTP_NODELAY",		0,			0,				NULL },
#endif{ NULL,					0,			0,				NULL }
};
/* *INDENT-ON* */
/* end checkopts1 *//* include checkopts2 */
int main(int argc, char **argv)
{int					fd;socklen_t			len;struct sock_opts	*ptr;for (ptr = sock_opts; ptr->opt_str != NULL; ptr++) {printf("%s: ", ptr->opt_str);if (ptr->opt_val_str == NULL)printf("(undefined)\n");else {switch(ptr->opt_level) {case SOL_SOCKET:
//			case IPPROTO_IP:
//			case IPPROTO_TCP:fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);break;
#ifdef	IPV6case IPPROTO_IPV6:fd = socket(AF_INET6, SOCK_STREAM, 0);break;
#endif
#ifdef	IPPROTO_SCTPcase IPPROTO_SCTP:fd = socket(AF_INET, SOCK_SEQPACKET, IPPROTO_SCTP);break;
#endifdefault:printf("Can't create fd for level %d\n", ptr->opt_level);}len = sizeof(val);if (getsockopt(fd, ptr->opt_level, ptr->opt_name,&val, &len) == -1) {printf("getsockopt error");} else {printf("default = %s\n", (*ptr->opt_val_str)(&val, len));}close(fd);}}return 0;
}
/* end checkopts2 *//* include checkopts3 */
static char	strres[128];static char	*
sock_str_flag(union val *ptr, int len)
{
/* *INDENT-OFF* */if (len != sizeof(int))snprintf(strres, sizeof(strres), "size (%d) not sizeof(int)", len);elsesnprintf(strres, sizeof(strres),"%s", (ptr->i_val == 0) ? "off" : "on");return(strres);
/* *INDENT-ON* */
}
/* end checkopts3 */static char	*
sock_str_int(union val *ptr, int len)
{if (len != sizeof(int))snprintf(strres, sizeof(strres), "size (%d) not sizeof(int)", len);elsesnprintf(strres, sizeof(strres), "%d", ptr->i_val);return(strres);
}static char	*
sock_str_linger(union val *ptr, int len)
{struct linger	*lptr = &ptr->linger_val;if (len != sizeof(struct linger))snprintf(strres, sizeof(strres),"size (%d) not sizeof(struct linger)", len);elsesnprintf(strres, sizeof(strres), "l_onoff = %d, l_linger = %d",lptr->l_onoff, lptr->l_linger);return(strres);
}static char	*
sock_str_timeval(union val *ptr, int len)
{struct timeval	*tvptr = &ptr->timeval_val;if (len != sizeof(struct timeval))snprintf(strres, sizeof(strres),"size (%d) not sizeof(struct timeval)", len);elsesnprintf(strres, sizeof(strres), "%ld sec, %ld usec",tvptr->tv_sec, tvptr->tv_usec);return(strres);
}

运行结果：

🎄四、常见的通用套接字选项

• SO_BROADCAST：开启或禁止进程发送广播消息的能力。只有数据报套接字支持广播；
• SO_KEEPALIVE：给一个TCP套接字设置保持存活(keep-alive)选项后，如果2小时内在该套接字的任一方向上都没有数据交换，TCP就自动给对端发送一个保持存活探测分节（keep-alive probe)。
• SO_LINGER：本选项指定close函数对面向连接的协议（例如TCP和SCTP，但不是UDP）如何操作。默认操作是close立即返回，但是如果有数据残留在套接字发送缓冲区中，系统将试着把这些数据发送给对端。
• SO_RCVBUF：获取或设置接收缓冲区大小。接收缓冲区被TCP、UDP和SCTP用来保存接收到的数据，直到由应用进程来读取；
• SO_SNDBUF：获取或设置发送缓冲区大小。
• SO_RCVLOWAT：接收低水位标记。让select函数返回“可读”时套接字接收缓冲区中所需的数据量。
• SO_SNDLOWAT：发送低水位标记。让select函数返回“可写”时套接字发送缓冲区中所需的可用空间。
• SO_REUSEADDR：
  (1) SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知端口，即使以前建立的将该端口用作它们的本地端口的连接仍存在。
  (2) SO_REUSEADDR允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可。
  (3) SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一端口到多个套接字上，只要每次捆绑指定不同的本地P地址即可。
  (4) SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑:当一个IP地址和端口已绑定到某个套接字上时，如果传输协议支持，同样的IP地址和端口还可以捆绑到另一个套接字上。一般来说本特性仅支持UDP套接字。

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🎄五、总结

👉本文介绍网络编程中的套接字选项，先是汇总了常见的套接字选项，然后介绍获取和设置套接字选项的函数getsockopt、setsockopt，并给出对应的C语言例子，最后列出几个常见的通用套接字选项。

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