Unix网络编程—— shutdown与close

2019-11-06 07:24:33

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供稿：网友

TCP的连接终止序列：

TCP建立一个连接需要三次握手，但是终止一个连接需要四次挥手： 1. 当某个应用进程主动调用close时，它向对端发送一个FIN分节，表示这端需要关闭连接 2. 当对端接收到FIN分节时，read函数返回0，它的TCP发送一个ACK，表示接收到了主动close端的FIN分节。主动关闭端的TCP在接受到ACK后处于FIN_WAIT状态，表示需要等待对端的FIN分节到达。 3. 被动关闭端发送FIN分节给主动关闭端，主动关闭端收到FIN后，发送ACK给对端，处于TIME_WAIT状态，表示等待被动关闭端的ACK确认 4. 被动关闭端接收到ACK后四次挥手完成，两端套接字关闭完成 TCP四次挥手

close函数

#include <unistd.h>int close(int fd);// 成功返回0，失败返回-1，并且置位errno

close在TCP中的默认行为是把该套接字标记为已关闭，然后立即返回到调用进程。该套接字描述符不能再由调用进程使用，也就是不能再作为read，write的第一个参数。然而TCP将尝试发送已排队等待发送到对端的任何数据，发送完毕后再发送TCP连接终止序列。

close的错误返回三种情况： - EBADF:表示参数fd为非法描述符 - EINTR:close调用被信号中断 - EIO：I/O时出现错误

一个常见的TCP并发服务器模型：

#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <errno.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){ int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); struct sockaddr_in serv_addr; struct sockaddr_in client_addr; int client_len; serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(LISTEN_PORT); serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr* )&serv_addr,sizeof(serv_addr)); ret = listen(sockfd,LISTENQ); while(1){ client_len = sizeof(client_addr); int client_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_addr,&client_len); pid_t pid = fort(); if(pid < 0){ continue; } else if(pid == 0){ do_serv(); close(); } else close(client_fd); } return 0;}

上述代码中close被调用2次，因为子进程和父进程共享了client_fd，其引用计数为2，如果子进程只调用一次，则会导致client_fd的套接字永远不能关闭，导致进程描述符耗尽而无法为其他请求提供服务。并且当close调用时，TCP的读写2端都被关闭。

close在网络编程中的局限： - 当一个描述符被共享使用时，调用close函数只是将其引用计数减一，仅仅在引用计数为0的时候，该套接字才被关闭。 - close终止读和写2个方向的数据传输。TCP为全双工协议，有时候当我们完成数据发送后，可能需要等待对端发送数据，此时可以调用shutdown来实现此功能。

shutdown函数

int shutdown(int sockfd,int howto); //返回：成功返回0,失败返回-1

howto的可选项： SHUT_RD：关闭连接的读——套接字中不再读取数据，而且套接字接受缓冲区中的数据也会被丢弃。进程不能再对这个套接字调用任何读取函数。 SHUT_WR：关闭连接的写——对于TCP套接字，这成为半关闭。当前留在套接字发送缓冲区中的数据将被发送掉，然后TCP的正常连接终止序列。无论这个套接字描述符的引用计数是否为0，shutdown都会激发TCP终止序列，以后进程不能再对这个套接字调用任何写函数。 SHUT_RDWR：关闭读、写——相当于分别调取了shutdown两次并传递参数SHUT_RD和SHUT_WR。shutdown使用此选项与close的区别是，shutdown立马关闭套接字的读写通道，但是close只会在引用计数为0的情况才关闭读写通道。

close和shutdown的对比示例

主程序

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/select.h>#include <arpa/inet.h>#include <netinet/in.h>extern void client_echo(FILE *fp,int sockfd);int main(){ int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); struct sockaddr_in serv_addr; struct sockaddr_in client_addr; int client_len; serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(LISTEN_PORT); char *strip = inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&serv_addr.sin_addr); int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(serv_addr)); client_echo(stdin,sockfd);//从stdin读取数据发送到sockfd并回写 return 0;}

使用close的实现

void client_echo(FILE *fp,int sockfd){ if(fp == NULL) return; int fd = fineno(fp); fd_set read_set; FD_ZERO(&read_set); int stdin_eof = 0; int nread = 0; char recvbuf[1024]; while(1){ FD_SET(fd,&read_set); FD_SET(sockfd,&read_set); int maxfd = max(fd,sockfd); int ret = select(maxfd + 1,&read_set,NULL,NULL,NULL); if(ret < 0){ if(errno == EINTR) continue; // 由于中断引发的失败，重试 else { // 其他错误，退出 perror("select"); return; } } if(FD_ISSET(sockfd,&read_set)){ if( (nread = read(sockfd,recvbuf,sizelf(recvbuf))) == 0){ PRintf("read EOF from serv/n"); close(sockfd); exit(1); } fputs(recvbuf,stdout); } if(FD_ISSET(fd,&read_set)){ if(fgets(recvbuf,sizeof(recvbuf),fd) == 0){ printf("read EOF from terminate/n"); close(sockfd); exit(1); } write(sockfd,recvbuf,strlen(recvbuf)); } }}

在上面的程序中，当客户端从终端读取到CTRL+D的时候将使fgets函数返回0，此时引发客户端主动关闭close，退出客户端的连接处理函数后，将立即退出程序（main函数结束）。此时服务端如果有数据正在发送，则将会丢失。处理这种问题的方式是，当客户端不再write时，只关闭TCP的write，但是任然保留其read通道。可以通过shutdown来实现。

使用shutdown的实现

void client_echo(FILE *fp,int sockfd){ if(fp == NULL) return; int fd = fineno(fp); fd_set read_set; FD_ZERO(&read_set); int stdin_eof = 0; int nread = 0; char recvbuf[1024]; int maxfd; while(1){ FD_SET(fd,&read_set); FD_SET(sockfd,&read_set); if(stdin_eof != 0){ FD_CLR(fd,&read_set); maxfd = sockfd; } else maxfd = max(fd,sockfd); int ret = select(maxfd + 1,&read_set,NULL,NULL,NULL); if(ret < 0){ if(errno == EINTR) continue; // 由于中断引发的失败，重试 else { // 其他错误，退出 perror("select"); return; } } if(FD_ISSET(sockfd,&read_set)){ if( (nread = read(sockfd,recvbuf,sizelf(recvbuf))) == 0){ if(stdin_eof == 1){ return; } else{ printf("read EOF from serv/n"); close(sockfd); exit(1); } } fputs(recvbuf,stdout); } if(FD_ISSET(fd,&read_set)){ if(fgets(recvbuf,sizeof(recvbuf),fd) == 0){ stdin_eof = 1; shutdown(sockfd,SHUT_WR); // send FIN FD_CLR(fd,&read_set); } else write(sockfd,recvbuf,strlen(recvbuf)); } }}

在shutdown_client中，当从终端读取到EOF时，将调用shutdown关闭套接字的写通道，但是此套接字任然可以从服务端读取数据，保证了数据不会丢失。

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