Melakukan Binding Port Yang Sama Di Go Dengan SO_REUSEPORT

Sebuah socket di sistem operasi berbasis UNIX adalah kombinasi dari alamat IP sumber, port sumber, alamat IP tujuan dan port tujuan. Pada umumnya, bila sebuah program ingin membuat socket baru, kombinasi dari ke-empat elemen tersebut harus unik. Untuk membuktikannya, saya akan membuat sebuah program yang melakukan binding di port 12345/UDP dan pada saat yang bersamaan, juga mengirim pesan dari port 12345/UDP ke alamat multicast 239.255.255.259 di port 3702/UDP. Contoh kode program Go-nya terlihat seperti berikut ini:

package main

import (
	"bytes"
	"log"
	"net"
	"strings"
	"sync"
)

func listen(wg *sync.WaitGroup, src *net.UDPAddr) {
	defer wg.Done()
	b := make([]byte, 1024)
	conn, err := net.ListenUDP("udp4", src)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	for {
		_, err = conn.Read(b)
		if err != nil {
			log.Fatal(err)
		}
		data := strings.TrimSpace(string(b[:bytes.IndexByte(b, 0)]))
		log.Println("Receiving: ", data)
		if data == "exit" {
			break
		}
	}
	err = conn.Close()
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
}

func send(wg *sync.WaitGroup, src *net.UDPAddr, dst *net.UDPAddr) {
	defer wg.Done()
	conn, err := net.DialUDP("udp4", src, dst)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	_, err = conn.Write([]byte("test_message"))
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	err = conn.Close()
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
}

func main() {
	src, err := net.ResolveUDPAddr("udp4", "127.0.0.1:12345")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	dst, err := net.ResolveUDPAddr("udp4", "239.255.255.250:3702")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	wg := new(sync.WaitGroup)
	wg.Add(2)
	go listen(wg, src)
	go send(wg, src, dst)
	wg.Wait()
}

Pada kode program di atas, terdapat goroutine listen() yang menerima koneksi UDP masuk di port 12345 dan goroutine send() yang mengirim pesan UDP dari port 12345 ke port 3702 di alamat IP multicast. Terlihat bahwa kedua goroutine tersebut menggunakan port 12345 yang sama. Apa yang terjadi saat program dijalankan? Saya akan menemukan pesan kesalahan seperti berikut ini:

2023/08/06 00:00:00 listen udp4 127.0.0.1:12345: bind: address already in use

Untuk mengatasi pesan kesalahan di atas, pada sistem operasi Ubuntu, saya perlu menggunakan flag SO_REUSEPORT saat membuat socket. SO_REUSEPORT yang sudah ada sejak kernel Linux 3.9 memungkinkan sebuah aplikasi untuk menggunakan alamat IP dan port yang sama berulang kali. Demi alasan keamanan, hal ini hanya bisa dilakukan bila user id (UID) program yang menggunakan SO_REUSEPORT sama dengan UID program yang sudah menggunakan socket tersebut lebih awal. Selain SO_REUSEPORT, juga ada pilihan SO_REUSEADDR yang lebih lama. Berbeda dengan SO_REUSEPORT, SO_REUSEADDR tidak memiliki mekanisme untuk mencegah terjadinya port hijacking.

Walaupun bagian dari fitur resmi Go, flag SO_REUSEPORT merupakan fitur eksperimental yang bersifat low level dan tidak bisa jalan di sistem operasi sehingga ia diletakkan di package terpisah. Untuk itu, saya perlu menambahkannya dengan memberikan perintah seperti berikut ini:

$ go get golang.org/x/sys/unix

Setelah itu, saya kemudian mengubah kode program saya sehingga terlihat seperti berikut ini:

package main

import (
	"bytes"
	"context"
	"golang.org/x/sys/unix"
	"log"
	"net"
	"strings"
	"sync"
	"syscall"
)

var listenConfig = net.ListenConfig{
	Control: func(network, address string, c syscall.RawConn) error {
		return c.Control(func(fd uintptr) {
			err := unix.SetsockoptInt(int(fd), unix.SOL_SOCKET, unix.SO_REUSEPORT, 1)
			if err != nil {
				log.Fatal(err)
			}
		})
	},
}

func listen(wg *sync.WaitGroup, src *net.UDPAddr) {
	defer wg.Done()
	b := make([]byte, 1024)
	conn, err := listenConfig.ListenPacket(context.Background(), "udp4", src.String())
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	for {
		n, addr, err := conn.ReadFrom(b)
		if err != nil {
			log.Fatal(err)
		}
		data := strings.TrimSpace(string(b[:bytes.IndexByte(b, 0)]))
		log.Printf("Receiving %d bytes from %s => %s", n, addr, data)
		if data == "exit" {
			break
		}
	}
	err = conn.Close()
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
}

func send(wg *sync.WaitGroup, src *net.UDPAddr, dst *net.UDPAddr) {
	defer wg.Done()
	conn, err := listenConfig.ListenPacket(context.Background(), "udp4", "127.0.0.1:12345")	
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	n, err := conn.WriteTo([]byte("test message"), dst)
	log.Println("Written ", n, " bytes")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	err = conn.Close()
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
}

func main() {
	src, err := net.ResolveUDPAddr("udp4", "127.0.0.1:12345")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	dst, err := net.ResolveUDPAddr("udp4", "239.255.255.250:3702")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	wg := new(sync.WaitGroup)
	wg.Add(2)
	go listen(wg, src)
	go send(wg, src, dst)
	wg.Wait()
}

Pada kode program di atas, saya membuat instance dari structure ListenConfig. Saya dapat mendefinisikan kustomisasi pada socket yang dipakai melalui nilai Control. Sebagai contoh, pada kode program di atas, saya memanggil unix.SetsockoptInt(int(fd), unix.SOL_SOCKET, unix.SO_REUSEPORT, 1) untuk mengaktifkan flag SO_REUSEPORT. Setelah itu, saya dapat memanggil method ListenPacket() milik ListenConfig untuk mempersiapkan socket dan mendapatkan PacketConn. Saya kemudian menggunakan method ReadFrom() untuk menerima pesan atau method WriteTo() untuk mengirim pesan.

Saat kode program kembali dijalankan, saya tidak akan menemukan pesan kesalahan lagi. Selain itu, saya dapat mencoba menjalankan program tersebut lebih dari sekali pada saat bersamaan (misalnya di Terminal baru tanpa menutup program sebelumnya). Walaupun dijalankan lebih dari sekali dan menggunakan port yang sama, program tetap akan bekerja seperti biasanya.