Unix环境下如何让同端口多UDP套接字均接收广播同步消息

我希望在Unix环境下使用UDP同步不同进程，所有需要同步的进程将监听同一端口。我在macOS上尝试了以下C#代码，但未成功——目前仅有一个套接字能接收消息，似乎存在负载均衡分发机制，请问如何让所有套接字都接收到消息？

using System.Net;
using System.Net.Sockets;

async Task Listen (){
    try
    {
        IPEndPoint localpt = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 4000);

        UdpClient udpServer = new UdpClient();
        udpServer.ExclusiveAddressUse = false;
        udpServer.Client.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);
        udpServer.Client.EnableBroadcast = true;
        udpServer.Client.Bind(localpt);

        Console.WriteLine("listening");
        while (true)
        {
            var msg = await udpServer.ReceiveAsync();
            Console.WriteLine("Datagram received on UDP socket " + localpt);
        }
    }
    catch (Exception e)
    {
        Console.WriteLine(e.Message);
    }
}


void Send()
{
    byte[] SYNC_DATAGRAM = "SYNC"u8.ToArray();
    var client = new UdpClient();
    client.EnableBroadcast = true;
    client.Send(SYNC_DATAGRAM, SYNC_DATAGRAM.Length, new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 4000));
    
}

Listen();
Listen();

Thread.Sleep(1000);
Send();
Console.Read();

解决方案 #

在macOS（BSD系Unix系统）中，SO_REUSEADDR仅允许多个套接字绑定同一端口，但内核会通过负载均衡策略将UDP数据包分发给其中一个套接字，无法实现所有进程接收消息的需求。要让所有绑定同一端口的UDP套接字都收到全部数据包，必须使用SO_REUSEPORT套接字选项。

修改后的代码 #

将原代码中的SocketOptionName.ReuseAddress替换为SocketOptionName.ReusePort即可：

using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;

async Task Listen (){
    try
    {
        IPEndPoint localpt = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 4000);

        UdpClient udpServer = new UdpClient();
        udpServer.ExclusiveAddressUse = false;
        // 替换为SO_REUSEPORT选项
        udpServer.Client.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReusePort, true);
        udpServer.Client.EnableBroadcast = true;
        udpServer.Client.Bind(localpt);

        Console.WriteLine($"Process {Environment.ProcessId} listening on {localpt}");
        while (true)
        {
            var msg = await udpServer.ReceiveAsync();
            Console.WriteLine($"Process {Environment.ProcessId} received datagram: {System.Text.Encoding.ASCII.GetString(msg.Buffer)}");
        }
    }
    catch (Exception e)
    {
        Console.WriteLine(e.Message);
    }
}


void Send()
{
    byte[] SYNC_DATAGRAM = "SYNC"u8.ToArray();
    var client = new UdpClient();
    client.EnableBroadcast = true;
    client.Send(SYNC_DATAGRAM, SYNC_DATAGRAM.Length, new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 4000));
    
}

Listen();
Listen();

Thread.Sleep(1000);
Send();
Console.Read();

原理说明 #

SO_REUSEPORT在BSD系系统（包括macOS）中的核心行为是：允许多个独立进程（或同一进程内的多个套接字）绑定到完全相同的IP地址和端口，并且内核会将每个UDP数据包复制一份，发送给所有绑定的套接字。这正好满足你需要所有同步进程都接收同一消息的需求。

注意：所有需要接收消息的进程都必须设置SO_REUSEPORT选项，并且保持ExclusiveAddressUse = false，否则无法成功绑定同一端口。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Daniel Argüelles