高性能网络服务器4---TCP连接的关闭 ╰半橙微兮° 2022-05-29 07:39 151阅读 0赞 TCP连接的关闭有两个方法close和shutdown,这篇文章将尽量精简的说明它们分别做了些什么。 为方便阅读,我们可以带着以下5个问题来阅读本文: 1、当socket被多进程或者多线程共享时,关闭连接时有何区别? 2、关连接时,若连接上有来自对端的还未处理的消息,会怎么处理? 3、关连接时,若连接上有本进程待发送却未来得及发送出的消息,又会怎么处理? 4、so\_linger这个功能的用处在哪? 5、对于监听socket执行关闭,和对处于ESTABLISH这种通讯的socket执行关闭,有何区别? 下面分三部分进行:首先说说多线程多进程关闭连接的区别;再用一幅流程图谈谈close;最后用一幅流程图说说shutdown。 先不提其原理和实现,从多进程、多线程下 close和shutdown方法调用时的区别说起。 看看close与shutdown这两个系统调用对应的内核函数:(参见unistd.h文件) **\[cpp\]** [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1] 1. \#define \_\_NR\_close 3 2. \_\_SYSCALL(\_\_NR\_close, sys\_close) 3. \#define \_\_NR\_shutdown 48 4. \_\_SYSCALL(\_\_NR\_shutdown, sys\_shutdown) 但sys\_close和sys\_shutdown这两个系统调用最终是由tcp\_close和tcp\_shutdown方法来实现的,调用过程如下图所示: ![Center][] sys\_shutdown与多线程和多进程都没有任何关系,而sys\_close则不然,上图中可以看到,层层封装调用中有一个方法叫fput,它有一个引用计数,记录这个socket被引用了多少次。在说明多线程或者多进程调用close的区别前,先在代码上简单看下close是怎么调用的,对内核代码没兴趣的同学可以仅看fput方法: **\[cpp\]** [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1] 1. void fastcall fput(struct file \*file) 2. \{ 3. if (atomic\_dec\_and\_test(&file->f\_count))//检查引用计数,直到为0才会真正去关闭socket 4. \_\_fput(file); 5. \} 当这个socket的引用计数f\_count不为0时,是不会触发到真正关闭TCP连接的tcp\_close方法的。 那么,这个引用计数的意义何在呢?为了说明它,先要说道下进程与线程的区别。 大家知道,所谓线程其实就是“轻量级”的进程。创建进程只能是一个进程(父进程)创建另一个进程(子进程),子进程会复制父进程的资源,这里的”复制“针对不同的资源其意义是不同的,例如对内存、文件、TCP连接等。创建进程是由clone系统调用实现的,而创建线程时同样也是clone实现的,只不过clone的参数不同,其行为也很不同。这个话题是很大的,这里我们仅讨论下TCP连接。 在clone系统调用中,会调用方法copy\_files来拷贝文件描述符(包括socket)。创建线程时,传入的flag参数中包含标志位CLONE\_FILES,此时,线程将会共享父进程中的文件描述符。而创建进程时没有这个标志位,这时,会把进程打开的所有文件描述符的引用计数加1,即把file数据结构的f\_count成员加1,如下: **\[cpp\]** [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1] 1. static int copy\_files(unsigned long clone\_flags, struct task\_struct \* tsk) 2. \{ 3. if (clone\_flags & CLONE\_FILES) \{ 4. goto out;//创建线程 5. \} 6. newf = dup\_fd(oldf, &error); 7. out: 8. return error; 9. \} 再看看dup\_fd方法: **\[cpp\]** [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1] 1. static struct files\_struct \*dup\_fd(struct files\_struct \*oldf, int \*errorp) 2. \{ 3. for (i = open\_files; i != 0; i–) \{ 4. struct file \*f = \*old\_fds++; 5. if (f) \{ 6. get\_file(f);//创建进程 7. \} 8. \} 9. \} get\_file宏就会加引用计数。 **\[cpp\]** [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1] 1. \#define get\_file(x) atomic\_inc(&(x)->f\_count) 所以,子进程会将父进程中已经建立的socket加上引用计数。当进程中close一个socket时,只会减少引用计数,仅当引用计数为0时才会触发tcp\_close。 到这里,对于第一个问题的close调用自然有了结论:单线程(进程)中使用close与多线程中是一致的,但这两者与多进程的行为并不一致,多进程中共享的同一个socket必须都调用了close才会真正的关闭连接。 而shutdown则不然,这里是没有引用计数什么事的,只要调用了就会去试图按需关闭连接。所以,调用shutdown与多线程、多进程无关。 下面我们首先深入探讨下close的行为,因为close比较shutdown来说要复杂许多。顺便回答其余四个问题。 TCP连接是一种双工的连接,何谓双工?即连接双方可以并行的发送或者接收消息,而无须顾及对方此时到底在发还是收消息。这样,关闭连接时,就存在3种情形:完全关闭连接;关闭发送消息的功能;关闭接收消息的功能。其中,后两者就叫做半关闭,由shutdown实现(所以 shutdown多出一个参数正是控制关闭发送或者关闭接收),前者由close实现。 TCP连接是一种可靠的连接,在这里可以这么理解:既要确认本机发出的包得到确认,又要确认收到的任何消息都已告知连接的对端。 以下主要从双工、可靠性这两点上理解连接的关闭。 TCP双工的这个特性使得连接的正常关闭需要四次握手,其含义为:主动端关闭了发送的功能;被动端认可;被动端也关闭了发送的功能;主动端认可。 但还存在程序异常的情形,此时,则通过异常的那端发送RST复位报文通知另一端关闭连接。 下图是close的主要流程: ![Center 1][] 这个图稍复杂,这是因为它覆盖了关闭监听句柄、关闭普通连接、关闭设置了SO\_LINGER的连接这三种主要场景。 1)关闭监听句柄 先从最右边的分支说说关闭监听socket的那些事。用于listen的监听句柄也是使用close关闭,关闭这样的句柄含义当然很不同,它本身并不对应着某个TCP连接,但是,附着在它之上的却可能有半成品连接。什么意思呢?之前说过TCP是双工的,它的打开需要三次握手,三次握手也就是3个步骤,其含义为:客户端打开接收、发送的功能;服务器端认可并也打开接收、发送的功能;客户端认可。当第1、2步骤完成、第3步步骤未完成时,就会在服务器上有许多半连接,close这个操作主要是清理这些连接。 参照上图,close首先会移除keepalive定时器。keepalive功能常用于服务器上,防止僵死、异常退出的客户端占用服务器连接资源。移除此定时器后,若ESTABLISH状态的TCP连接在tcp\_keepalive\_time时间(如服务器上常配置为2小时)内没有通讯,服务器就会主动关闭连接。 接下来,关闭每一个半连接。如何关闭半连接?这时当然不能发FIN包,即正常的四次握手关闭连接,而是会发送RST复位标志去关闭请求。处理完所有半打开的连接close的任务就基本完成了。 2)关闭普通ESTABLISH状态的连接(未设置so\_linger) 首先检查是否有接收到却未处理的消息。 如果close调用时存在收到远端的、没有处理的消息,这时根据close这一行为的意义,是要丢弃这些消息的。但丢弃消息后,意味着连接远端误以为发出的消息已经被本机收到处理了(因为ACK包确认过了),但实际上确是收到未处理,此时也不能使用正常的四次握手关闭,而是会向远端发送一个RST非正常复位关闭连接。这个做法的依据请参考draft-ietf-tcpimpl-prob-03.txt文档3.10节, Failure to RST on close with data pending。所以,这也要求我们程序员在关闭连接时,要确保已经接收、处理了连接上的消息。 如果此时没有未处理的消息,那么进入发送FIN来关闭连接的阶段。 这时,先看看是否有待发送的消息。前一篇已经说过,发消息时要计算滑动窗口、拥塞窗口、angle算法等,这些因素可能导致消息会延迟发送的。如果有待发送的消息,那么要尽力保证这些消息都发出去的。所以,会在最后一个报文中加入FIN标志,同时,关闭用于减少网络中小报文的angle算法,向连接对端发送消息。如果没有待发送的消息,则构造一个报文,仅含有FIN标志位,发送出去关闭连接。 3)使用了so\_linger的连接 首先要澄清,为何要有so\_linger这个功能?因为我们可能有强可靠性的需求,也就是说,必须确保发出的消息、FIN都被对方收到。例如,有些响应发出后调用close关闭连接,接下来就会关闭进程。如果close时发出的消息其实丢失在网络中了,那么,进程突然退出时连接上发出的RST就可能被对方收到,而且,之前丢失的消息不会有重发来保障可靠性了。 so\_linger用来保证对方收到了close时发出的消息,即,至少需要对方通过发送ACK且到达本机。 怎么保证呢?等待!close会阻塞住进程,直到确认对方收到了消息再返回。然而,网络环境又得复杂的,如果对方总是不响应怎么办?所以还需要l\_linger这个超时时间,控制close阻塞进程的最长时间。注意,务必慎用so\_linger,它会在不经意间降低你程序中代码的执行速度(close的阻塞)。 所以,当这个进程设置了so\_linger后,前半段依然没变化。检查是否有未读消息,若有则发RST关连接,不会触发等待。接下来检查是否有未发送的消息时与第2种情形一致,设好FIN后关闭angle算法发出。接下来,则会设置最大等待时间l\_linger,然后开始将进程睡眠,直到确认对方收到后才会醒来,将控制权交还给用户进程。 这里需要注意,so\_linger不是确保连接被四次握手关闭再使close返回,而只是保证我方发出的消息都已被对方收到。例如,若对方程序写的有问题,当它收到FIN进入CLOSE\_WAIT状态,却一直不调用close发出FIN,此时,对方仍然会通过ACK确认,我方收到了ACK进入FIN\_WAIT2状态,但没收到对方的FIN,我方的close调用却不会再阻塞,close直接返回,控制权交还用户进程。 从上图可知,so\_linger还有个偏门的用法,若l\_linger超时时间竟被设为0,则不会触发FIN包的发送,而是直接RST复位关闭连接。我个人认为,这种玩法确没多大用处。 最后做个总结。调用close时,可能导致发送RST复位关闭连接,例如有未读消息、打开so\_linger但l\_linger却为0、关闭监听句柄时半打开的连接。更多时会导致发FIN来四次握手关闭连接,但打开so\_linger可能导致close阻塞住等待着对方的ACK表明收到了消息。 最后来看看较为简单的shutdown。 ![Center 2][] 解释下上图: 1)shutdown可携带一个参数,取值有3个,分别意味着:只关闭读、只关闭写、同时关闭读写。 对于监听句柄,如果参数为关闭写,显然没有任何意义。但关闭读从某方面来说是有意义的,例如不再接受新的连接。看看最右边蓝色分支,针对监听句柄,若参数为关闭写,则不做任何事;若为关闭读,则把端口上的半打开连接使用RST关闭,与close如出一辙。 2)若shutdown的是半打开的连接,则发出RST来关闭连接。 3)若shutdown的是正常连接,那么关闭读其实与对端是没有关系的。只要本机把接收掉的消息丢掉,其实就等价于关闭读了,并不一定非要对端关闭写的。实际上,shutdown正是这么干的。若参数中的标志位含有关闭读,只是标识下,当我们调用read等方法时这个标识就起作用了,会使进程读不到任何数据。 4)若参数中有标志位为关闭写,那么下面做的事与close是一致的:发出FIN包,告诉对方,本机不会再发消息了。 以上,就是close与shutdown的主要行为,同时也回答了本文最初的5个问题。下一篇,我们开始讨论多路复用中常见的epoll。 [view plain]: http://blog.csdn.net/russell_tao/article/details/13092727# [CODE]: https://code.csdn.net/assets/CODE_ico.png [CODE_CODE]: https://code.csdn.net/snippets/115308 [ico_fork.svg]: https://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg [ico_fork.svg 1]: https://code.csdn.net/snippets/115308/fork [Center]: /images/20220529/ead56f9053ad43c78346c97438df69d7.png [Center 1]: /images/20220529/91439d65959d49ce95eedf65a75fbc36.png [Center 2]: /images/20220529/836603cff024463db39fe1c55596c9e7.png
相关 网络编程问题:TCP连接的关闭流程 TCP(传输控制协议)是一种面向连接、可靠的传输层通信协议。在TCP连接的关闭流程中,一般包括以下几个步骤: 1. **挥手**: - 主动方(通常为客户端)发送一个F 旧城等待,/ 2024年09月20日 08:45/ 0 赞/ 13 阅读
相关 Java网络编程:TCP连接的建立与关闭 在Java中,TCP(传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的传输层通信协议。TCP连接的建立和关闭过程主要通过Socket类和ServerSocket类来实现。 **TCP连 傷城~/ 2024年09月17日 23:48/ 0 赞/ 23 阅读
相关 Java网络编程:TCP连接关闭问题案例 在Java网络编程中,TCP连接的关闭是一个常见的问题。以下是一个案例分析: **案例背景:** 假设我们有一个简单的客户端和服务端应用。客户端发送消息后,需要等待服务端确认 刺骨的言语ヽ痛彻心扉/ 2024年09月17日 19:39/ 0 赞/ 16 阅读
相关 Java网络编程:TCP连接关闭问题案例 在Java的网络编程中,TCP连接关闭是一个常见的场景。当一方希望结束通信时,通常会经历三次握手的过程,然后关闭连接。 下面是一个简单的案例: ```java import 太过爱你忘了你带给我的痛/ 2024年09月16日 22:24/ 0 赞/ 23 阅读
相关 Java网络编程:TCP连接关闭异常问题分析 在Java的网络编程中,TCP(Transmission Control Protocol)连接关闭时可能会出现一些异常。主要涉及到以下几种情况: 1. `SocketExc 布满荆棘的人生/ 2024年09月10日 22:15/ 0 赞/ 32 阅读
相关 高性能网络服务器7--TCP连接的内存使用 当服务器的并发TCP连接数以十万计时,我们就会对一个TCP连接在操作系统内核上消耗的内存多少感兴趣。socket编程方法提供了SO\_SNDBUF、SO\_RCVBUF这样的接 川长思鸟来/ 2022年05月29日 07:39/ 0 赞/ 130 阅读
相关 高性能网络服务器4---TCP连接的关闭 TCP连接的关闭有两个方法close和shutdown,这篇文章将尽量精简的说明它们分别做了些什么。 为方便阅读,我们可以带着以下5个问题来阅读本文: 1、当socket被 ╰半橙微兮°/ 2022年05月29日 07:39/ 0 赞/ 152 阅读
相关 高性能网络服务器3--TCP消息的接收 这篇文章将试图说明应用程序如何接收网络上发送过来的TCP消息流,由于篇幅所限,暂时忽略ACK报文的回复和接收窗口的滑动。 为了快速掌握本文所要表达的思想,我们可以带着以下问题 清疚/ 2022年05月29日 07:38/ 0 赞/ 175 阅读
相关 linux网络编程(3)TCP编程模型与TCP的连接、关闭 TCP编程模型 ![20180613165557917][] TCP编程模型 服务器端调用序列: 1.调用socket函数创建套接字; 2.调 忘是亡心i/ 2022年05月22日 03:04/ 0 赞/ 174 阅读
还没有评论,来说两句吧...