在 Linux 内核中，SO_SNDBUF 和 SO_RCVBUF 的值在通过 setsockopt 设置时会被翻倍，这背后的原因与内核管理发送和接收缓冲区时需要额外的空间来进行数据管理和 bookkeeping（簿记）相关。这个翻倍并不是为了单纯提供更多的数据缓冲区，而是为了留出足够的空间用于以下几个目的：
1. 内核管理开销
当数据在发送或接收时，除了实际的用户数据以外，内核还需要存储元数据，例如：
- 数据包的状态信息
- 排队数据的管理信息
- 数据传输的控制信息（例如 TCP 拥塞控制）
内核必须维护一个控制块来跟踪套接字的状态，包括缓冲区中的数据量、何时发送或接收数据、数据包的优先级等。这些信息都需要占用一定的内存。因此，缓冲区大小必须包含这些额外的管理开销。
2. 发送和接收数据的缓冲分离
Linux 内核中的 socket 实现会为每个套接字维护两个缓冲区：一个用于接收数据 (recv buffer)，另一个用于发送数据 (send buffer)。当应用程序设置 SO_SNDBUF 时，实际上会为该套接字的发送缓冲区预留一块内存。但这块内存中不仅存放用户想要发送的数据，还要存放内核用于控制和管理数据流的信息。通过将缓冲区翻倍，Linux 内核确保有足够的空间来存储用户数据以及必要的管理信息，从而使发送操作更高效。
3. TCP 滑动窗口机制
对于基于 TCP 协议的套接字，缓冲区大小与 TCP 的滑动窗口机制有关。TCP 使用滑动窗口控制数据的流量和拥塞。发送方通过滑动窗口来决定可以发送的数据量，而接收方则通过它来通知发送方自己还有多少空间能够接收数据。
通过翻倍缓冲区，内核可以为这些滑动窗口机制预留足够的空间，从而保证 TCP 在传输过程中不会因为管理开销而导致性能下降。翻倍缓冲区使得内核能够在处理拥塞控制、重传以及其他 TCP 流量控制时，有足够的空间来操作。
4. 确保用户缓冲区大小的有效性
如果内核只是简单地为用户数据分配了与用户请求一样大的缓冲区，那么在进行传输时，一旦需要进行内核管理数据的存储，可能会占用用户缓冲区的部分空间。这会导致应用程序能够使用的有效缓冲区大小变小，不利于传输性能的稳定性。翻倍缓冲区可以保证内核在存储管理信息时不会侵占用户缓冲区，从而让用户能够始终使用所请求的缓冲区大小。
5. 历史原因和优化
在早期的 UNIX 实现中，网络栈的设计要求为管理数据预留一定的额外空间，以便在处理数据时避免频繁的内存分配和释放操作。这种做法提高了系统的效率，也减少了内存碎片。Linux 继承了这种设计模式，通过翻倍缓冲区，减少了内存分配的复杂性，同时提高了系统的性能。
总结
套接字缓冲区大小在通过 setsockopt 设置时会被翻倍，是为了为内核管理数据提供额外的空间。这个翻倍机制确保了在高效处理用户数据传输的同时，内核有足够的空间来存储控制信息、执行流量控制和拥塞管理。通过这样设计，Linux 内核能够提供更好的网络性能和稳定性，特别是在处理 TCP 协议和大流量网络通信时。
