c++ - QTcp 服务器 : bind socket with custom options

Question

所以，这里我有一些复杂的客户端-服务器应用程序，它的某些部分打开端口用于监听和进一步的网络交互。使用了QTcpServer + QTcpSocket(下面会详细介绍)。

应用程序的这个“网络层”在任何地方都运行良好，Windows 8.1 Pro 除外。只是不要问，为什么我们的客户端决定，它可以用作服务器......它发生了，错误地重新启动进程，在特定端口上打开 TCP 连接以进行监听，有时会导致该端口不适合以下任何尝试绑定(bind)它。它看起来像某种魔法，但行为发生如下:

• 端口 8554 被一个进程监听(“连接——已建立”)
• 当客户端通过此套接字连接时，进程以某种方式崩溃或终止
• 进程重新启动并尝试再次监听端口。它失败并显示“已在使用”。
• 我停止服务器并尝试通过 netstat -an 检查端口。它是免费的。

• 我等了一段时间，然后尝试通过 powershell 检查端口，例如:

  $Listener = [System.Net.Sockets.TcpListener]8554
  $Listener.Start()
  

  不，这会导致与“已在使用”相同的错误。

• 我可以将套接字绑定(bind)到其他端口，powershell 代码段也适用于它们。但是我们服务器的紧急重启也会“破坏”它们，情况是一样的。
• 一旦端口“坏了”，windows 重启是唯一的治疗方法。
• 绑定(bind)到“任何地址”，即 0.0.0.0:8554 的行为与描述的一样。绑定(bind)到确切的 IP，如 10.11.12.123:8554 更好，在尝试将 FileZilla 绑定(bind)到“损坏的端口”时检查它。

现在是编码问题。为绑定(bind)提供准确的 IP 看起来不是个好主意，至少在我们的架构中是这样，所以我决定在 Windows 上使用 SO_REUSEADDR。但看起来我必须在 绑定(bind)/监听调用之前设置此选项，这会导致重要的 QTcpServer 使用自定义。请记住，该应用程序是跨平台的(WinSock + sys/socket + 一些#defines，如果要使用 Qt 方法以外的东西......)。啊啊，还有我最喜欢的 QTcpServer 定制的遗留版本，看一看:

QTcpServer2.h

#pragma once

#include <QTcpServer>
#include <QMutex>

class QTcpServer2 : public QTcpServer
{
  QMutex         mConnectionMutex;
  QList<qintptr> mSocketDescriptors;

private:
  virtual void incomingConnection(qintptr socketDescriptor) override;

public:
  bool TakeIncomingSocketDescription(qintptr& socketDescriptor);

public:
  QTcpServer2();
};

QTcpServer2.cpp

#include <QMutexLocker>

#include "QTcpServer2.h"

void QTcpServer2::incomingConnection(qintptr socketDescriptor)
{
  QMutexLocker lock(&mConnectionMutex);
  mSocketDescriptors.append(socketDescriptor);
}

bool QTcpServer2::TakeIncomingSocketDescription(qintptr& socketDescriptor)
{
  QMutexLocker lock(&mConnectionMutex);
  if (mSocketDescriptors.empty()) {
    return false;
  }
  socketDescriptor = mSocketDescriptors.takeFirst();
  return true;
}

QTcpServer2::QTcpServer2()
{ }

用法:

bool NetServer::DoInitConnection()
{
  mNetServer = QSharedPointer<QTcpServer2>(new QTcpServer2);
  if (!mNetServer->listen(QHostAddress::AnyIPv4, mPort)) {
    Log.Fatal(QString("Listen port fail (port: %1)").arg(mPort), true);
    return false;
  }
  return true;
}

叹息... 是的，我知道挂起的连接机制，关于信号槽的想法，但那是现在的代码。 TakeIncomingSocketDescription 用于在某处传递套接字描述符。和线程访问，是的。无论如何，这段...代码需要重构，我非常需要你的建议:在这里自定义套接字绑定(bind)的合适方法是什么？假设保留子类，描述符列表也不是-很容易摆脱。

Qt Sources 向我展示了以下内容:

/*! \internal
*/
void QTcpServerPrivate::configureCreatedSocket()
{
#if defined(Q_OS_UNIX)
    // Under Unix, we want to be able to bind to the port, even if a socket on
    // the same address-port is in TIME_WAIT. Under Windows this is possible
    // anyway -- furthermore, the meaning of reusable on Windows is different:
    // it means that you can use the same address-port for multiple listening
    // sockets.
    // Don't abort though if we can't set that option. For example the socks
    // engine doesn't support that option, but that shouldn't prevent us from
    // trying to bind/listen.
    socketEngine->setOption(QAbstractSocketEngine::AddressReusable, 1);
#endif
}

这正是我想要的，但是无法从 Qt 类接口(interface)访问这些内部结构。 QTcpServer 隐式执行 bind 调用，所以我不能在那里传递 QAbstractSocket::ReuseAddressHint。

可能有一些巧妙的解决方案，也可能没有。如果有任何想法，我将不胜感激。

Answer 1

我花了一些时间来考虑所有可能的解决方案，尽管根本没有很多。

1. Here我发现了一些看起来很像我的问题的东西。对代码进行了改编，前提是......好吧，只是从那个答案中获取了大部分代码 =)
2. @G.M. 的评论让我想到，在这种情况下，socket api 应该只在 header 上有所不同

手册告诉我 SO_LINGER 标志通常是糟糕架构的结果(在大多数情况下，客户端应该关闭连接，而不是服务器)，经过几次实验后，这个标志并没有多大用处就我而言。

绑定(bind)到确切的 IP 会导致多种复杂性，恕我直言，与其说是解决方案，不如说是拐杖。

所以，经过一些小改动后，套接字监听类变成了这样:

QTcpServer2.h

#pragma once

#include <QTcpServer>
#include <QMutex>

class QTcpServer2 : public QTcpServer
{
  QMutex            mConnectionMutex;
  QList<qintptr>    mSocketDescriptors;
  const int         mPort;
  bool              mConnectionSuccessful;

private:
  /*override */virtual void incomingConnection(qintptr socketDescriptor) Q_DECL_OVERRIDE;

public:
  bool TakeIncomingSocketDescription(qintptr& socketDescriptor);

  bool isConnectionSuccessfull() const
  { return mConnectionSuccessful; }

public:
  QTcpServer2(int port);
};

QTcpServer.cpp

#include "QTcpServer2.h"

#include <QMutexLocker>

#ifdef Q_OS_WIN
    #include <Windows.h>
    #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#endif

#ifdef Q_OS_LINUX
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <netinet/tcp.h>
#endif

void QTcpServer2::incomingConnection(qintptr socketDescriptor)
{
    QMutexLocker lock(&mConnectionMutex);
    mSocketDescriptors.append(socketDescriptor);
}

bool QTcpServer2::TakeIncomingSocketDescription(qintptr& socketDescriptor)
{
    QMutexLocker lock(&mConnectionMutex);
    if (mSocketDescriptors.empty()) {
        return false;
    }
    socketDescriptor = mSocketDescriptors.takeFirst();
    return true;
}

QTcpServer2::QTcpServer2(int port)
    : QTcpServer()
    , mPort(port)
    , mConnectionSuccessful(false)
{
    // open server and listen on given port
    int sockfd = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));

    sockfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sockfd < 0)
    {
        qDedug() << "QTcpServer2: socket couldn't be opened successfully!";
        return; //RET
    }

#ifdef Q_OS_WIN
    // Not required in Linux, won't make any good 
    int flag = 1;
    if(::setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, reinterpret_cast<char*>(&flag), sizeof(int)) < 0)
    {
        qDedug() << "QTcpServer2: Can't set SO_REUSEADDR";
        return; //RET
    }
#endif

    //set Address,IFace, Port...
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(static_cast<ushort>(mPort));


    if (::bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(sockaddr_in)) < 0)
    {
        qDedug() << "QTcpServer2: can't bind socket" ;
        return; //RET
    }

    if(::listen(sockfd, SOMAXCONN) < 0)
    {
        qDedug() << "QTcpServer2: can't listen on port";
        return; //RET
    }

    //forward our descriptor with SO_REUSEPORT to QTcpServer member
    setSocketDescriptor(sockfd);
    mConnectionSuccessful = true;
    qDedug() << "QTcpServer2: socket success =)";
}

只要“套接字的神奇问题”仅出现在 Windows 8.1 上，#define 就会使 SO_REUSEADDR 仅在 Windows 上使用。在 Linux 上，Qt 已经自行设置了这个标志(如问题中所示)，因此这个小补丁仅改进了 Windows 行为以匹配所需的行为，在 Linux 上提供没有问题。

希望其他平台上不需要这样的东西。