1、前言
昨天总结了一下Linux下网络编程“惊群”现象，给出Nginx处理惊群的方法，使用互斥锁。为例发挥多核的优势，目前常见的网络编程模型就是多进程或多线程，根据accpet的位置，分为如下场景：
（1）单进程或线程创建socket，并进行listen和accept，接收到连接后创建进程和线程处理连接
（2）单进程或线程创建socket，并进行listen，预先创建好多个工作进程或线程accept()在同一个服务器套接字、
这两种模型解充分发挥了多核CPU的优势，虽然可以做到线程和CPU核绑定，但都会存在：
- 单一listener工作进程胡线程在高速的连接接入处理时会成为瓶颈
- 多个线程之间竞争获取服务套接字
- 缓存行跳跃
- 很难做到CPU之间的负载均衡
- 随着核数的扩展，性能并没有随着提升
参考：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2015/02/12/422893.html
Linux kernel 3.9带来了SO_REUSEPORT特性，可以解决以上大部分问题。
2、SO_REUSEPORT解决了什么问题
SO_REUSEPORT支持多个进程或者线程绑定到同一端口，提高服务器程序的性能，解决的问题：
- 允许多个套接字 bind()/listen() 同一个TCP/UDP端口
- 每一个线程拥有自己的服务器套接字
- 在服务器套接字上没有了锁的竞争
- 内核层面实现负载均衡
- 安全层面，监听同一个端口的套接字只能位于同一个用户下面
其核心的实现主要有三点：
- 扩展 socket option，增加 SO_REUSEPORT 选项，用来设置 reuseport。
- 修改 bind 系统调用实现，以便支持可以绑定到相同的 IP 和端口
- 修改处理新建连接的实现，查找 listener 的时候，能够支持在监听相同 IP 和端口的多个 sock 之间均衡选择。
有了SO_RESUEPORT后，每个进程可以自己创建socket、bind、listen、accept相同的地址和端口，各自是独立平等的。让多进程监听同一个端口，各个进程中accept socket fd不一样，有新连接建立时，内核只会唤醒一个进程来accept，并且保证唤醒的均衡性。
3、测试代码
1 include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <sys/types.h>
4 #include <sys/socket.h>
5 #include <netinet/in.h>
6 #include <arpa/inet.h>
7 #include <assert.h>
8 #include <sys/wait.h>
9 #include <string.h>
10 #include <errno.h>
11 #include <stdlib.h>
12 #include <fcntl.h>
13
14 #define IP "127.0.0.1"
15 #define PORT 8888
16 #define WORKER 4
17 #define MAXLINE 4096
18
19 int worker(int i)
20 {
21 struct sockaddr_in address;
22 bzero(&address, sizeof(address));
23 address.sin_family = AF_INET;
24 inet_pton( AF_INET, IP, &address.sin_addr);
25 address.sin_port = htons(PORT);
26
27 int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
28 assert(listenfd >= 0);
29
30 int val =1;
31 /*set SO_REUSEPORT*/
32 if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &val, sizeof(val))<0) {
33 perror("setsockopt()");
34 }
35 int ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
36 assert(ret != -1);
37
38 ret = listen(listenfd, 5);
39 assert(ret != -1);
40 while (1) {
41 printf("I am worker %d, begin to accept connection.\n", i);
42 struct sockaddr_in client_addr;
43 socklen_t client_addrlen = sizeof( client_addr );
44 int connfd = accept( listenfd, ( struct sockaddr* )&client_addr, &client_addrlen );
45 if (connfd != -1) {
46 printf("worker %d accept a connection success. ip:%s, prot:%d\n", i, inet_ntoa(client_addr.sin_addr), client_addr.sin_port);
47 } else {
48 printf("worker %d accept a connection failed,error:%s", i, strerror(errno));
49 }
50 char buffer[MAXLINE];
51 int nbytes = read(connfd, buffer, MAXLINE);
52 printf("read from client is:%s\n", buffer);
53 write(connfd, buffer, nbytes);
54 close(connfd);
55 }
56 return 0;
57 }
58
59 int main()
60 {
61 int i = 0;
62 for (i = 0; i < WORKER; i++) {
63 printf("Create worker %d\n", i);
64 pid_t pid = fork();
65 /*child process */
66 if (pid == 0) {
67 worker(i);
68 }
69 if (pid < 0) {
70 printf("fork error");
71 }
72 }
73 /*wait child process*/
74 while (wait(NULL) != 0)
75 ;
76 if (errno == ECHILD) {
77 fprintf(stderr, "wait error:%s\n", strerror(errno));
78 }
79 return 0;
80 }
我的测试机器内核版本为：
测试结果如下所示：
从结果可以看出，四个进程监听相同的IP和port。
4、参考资料
http://lists.dragonflybsd.org/pipermail/users/2013-July/053632.html
http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2015/02/12/422893.html
http://m.blog.chinaunix.net/uid-10167808-id-3807060.html