TCP关闭

Myth丶恋晨 2022-08-06 00:16 174阅读 0赞

以下描述主要是针对windows平台下的TCP socket而言。

首先需要区分一下关闭socket和关闭TCP连接的区别，关闭TCP连接是指TCP协议层的东西，就是两个TCP端之间交换了一些协议包（FIN，RST等），具体的交换过程可以看TCP协议，这里不详细描述了。而关闭socket是指关闭用户应用程序中的socket句柄，释放相关资源。但是当用户关闭socket句柄时会隐含的触发TCP连接的关闭过程。

TCP连接的关闭过程有两种，一种是优雅关闭（graceful close），一种是强制关闭（hard close或abortive close）。所谓优雅关闭是指，如果发送缓存中还有数据未发出则其发出去，并且收到所有数据的ACK之后，发送FIN包，开始关闭过程。而强制关闭是指如果缓存中还有数据，则这些数据都将被丢弃，然后发送RST包，直接重置TCP连接。

下面说一下shutdown及closesocket函数。

shutdown函数的原型是：

int shutdown(

SOCKET s,

int how

);

该函数用于关闭TCP连接，但并不关闭socket句柄。其第二个参数可以取三个值：SD\_RECEIVE，SD\_SEND，SD\_BOTH。

SD\_RECEIVE表明关闭接收通道，在该socket上不能再接收数据，如果当前接收缓存中仍有未取出数据或者以后再有数据到达，则TCP会向发送端发送RST包，将连接重置。

SD\_SEND表明关闭发送通道，TCP会将发送缓存中的数据都发送完毕并在收到所有数据的ACK后向对端发送FIN包，表明本端没有更多数据发送。这个是一个优雅关闭过程。

SD\_BOTH则表示同时关闭接收通道和发送通道。

closesocket函数的原型是：

int closesocket(

SOCKET s

);

该函数用于关闭socket句柄，并释放相关资源。前面说过，关闭socket句柄时会隐含触发TCP连接的关闭过程，那么closesocket触发的是一个优雅关闭过程还是强制关闭过程呢？这个与一个socket选项有关：SO\_LINGER 选项，该选项的设置值决定了closesocket的行为。该选项的参数值是linger结构，其定义是：

typedef struct linger \{

u\_short l\_onoff;

u\_short l\_linger;

\} linger;

当l\_onoff值设置为0时，closesocket会立即返回，并关闭用户socket句柄。如果此时缓冲区中有未发送数据，则系统会在后台将这些数据发送完毕后关闭TCP连接，是一个优雅关闭过程，但是这里有一个副作用就是socket的底层资源会被保留直到TCP连接关闭，这个时间用户应用程序是无法控制的。

当l\_onoff值设置为非0值，而l\_linger也设置为0，那么closesocket也会立即返回并关闭用户socket句柄，但是如果此时缓冲区中有未发送数据，TCP会发送RST包重置连接，所有未发数据都将丢失，这是一个强制关闭过程。

当l\_onoff值设置为非0值，而l\_linger也设置为非0值时，同时如果socket是阻塞式的，此时如果缓冲区中有未发送数据，如果TCP在l\_linger表明的时间内将所有数据发出，则发完后关闭TCP连接，这时是优雅关闭过程；如果如果TCP在l\_linger表明的时间内没有将所有数据发出，则会丢弃所有未发数据然后TCP发送RST包重置连接，此时就是一个强制关闭过程了。

另外还有一个socket选项SO\_DONTLINGER，它的参数值是一个bool类型的，如果设置为true，则等价于在SO\_LINGER中将l\_onoff设置为0。

注意SO\_LINGER和SO\_DONTLINGER选项只影响closesocket的行为，而与shutdown函数无关，shutdown总是会立即返回的。

所以建议的最好的关闭方式是这样的：

发送完了所有数据后：

(1)调用shutdown(s, SD\_SEND)，如果本端同时也接收数据时则执行第二步，否则跳到第4步。

(2)继续接收数据，

(3)收到FD\_CLOSE事件后，调用recv函数直到recv返回0或-1（保证收到所有数据），

(4)调用closesocket，关闭socket句柄。

在实际编程中，我们经常也不调用shutdown，而是直接调用closesocket，利用closesocket隐含触发TCP连接关闭过程的特性。此时的过程就是：

当发送完所有数据后：

(1)如果本端同时也接受数据则执行第二步，否则跳到第4步。

(2)继续接收数据，

(3)收到FD\_CLOSE事件后，调用recv函数直到recv返回0或-1（保证收到所有数据），

(4)调用closesocket，关闭socket句柄。

但是此时为了保证数据不丢失，则需要设置SO\_DONTLINGER选项，不过windows平台下这个也是默认设置。

经过实验发现，发送端应用程序即便是异常退出或被kill掉进程，操作系统也不会丢弃发送缓冲区中的未发送数据，而是会在后台将这些数据发送出去。但是这是在socket的发送缓存不为0的前提下，当socket的发送缓存设置为0（通过SO\_SNDBUF选项）时比较特殊，此时不论socket是否是阻塞的，send函数都会被阻塞直到传入的用户缓存中的数据都被发送出去并被确认，因为此时在驱动层没有分配缓存存放用户数据，而是直接使用的应用层的用户缓存，所以必须阻塞直到数据都发出，否则可能会造成系统崩溃。

另外，如果是接收端的应用程序异常退出或被kill掉进程，并且接收缓存中还有数据没有取出的话，那么接收端的TCP会向发送端发送RST包，重置连接，因为后续数据已经无法被提交应用层了。

不久前，我的Socket Client程序遇到了一个非常尴尬的错误。它本来应该在一个socket长连接上持续不断地向服务器发送数据，如果socket连接断开，那么程序会自动不断地重试建立连接。  
有一天发现程序在不断尝试建立连接，但是总是失败。用netstat查看，这个程序竟然有上千个socket连接处于CLOSE\_WAIT状态，以至于达到了上限，所以无法建立新的socket连接了。  
为什么会这样呢？  
它们为什么会都处在CLOSE\_WAIT状态呢？  
CLOSE\_WAIT状态的生成原因  
首先我们知道，如果我们的Client程序处于CLOSE\_WAIT状态的话，说明套接字是被动关闭的！  
因为如果是Server端主动断掉当前连接的话，那么双方关闭这个TCP连接共需要四个packet：  
       Server ---> FIN ---> Client  
       Server <--- ACK <--- Client  
    这时候Server端处于FIN\_WAIT\_2状态；而我们的程序处于CLOSE\_WAIT状态。  
       Server <--- FIN <--- Client  
这时Client发送FIN给Server，Client就置为LAST\_ACK状态。  
        Server ---> ACK ---> Client  
Server回应了ACK，那么Client的套接字才会真正置为CLOSED状态。

![image][]  
   
我们的程序处于CLOSE\_WAIT状态，而不是LAST\_ACK状态，说明还没有发FIN给Server，那么可能是在关闭连接之前还有许多数据要发送或者其他事要做，导致没有发这个FIN packet。  
   
原因知道了，那么为什么不发FIN包呢，难道会在关闭己方连接前有那么多事情要做吗？  
还有一个问题，为什么有数千个连接都处于这个状态呢？难道那段时间内，服务器端总是主动拆除我们的连接吗？  
   
不管怎么样，我们必须防止类似情况再度发生！  
首先，我们要防止不断开辟新的端口，这可以通过设置SO\_REUSEADDR套接字选项做到：  
重用本地地址和端口  
以前我总是一个端口不行，就换一个新的使用，所以导致让数千个端口进入CLOSE\_WAIT状态。如果下次还发生这种尴尬状况，我希望加一个限定，只是当前这个端口处于CLOSE\_WAIT状态！  
在调用  
sockConnected = socket(AF\_INET, SOCK\_STREAM, 0);  
之后，我们要设置该套接字的选项来重用：

/// 允许重用本地地址和端口:  
/// 这样的好处是，即使socket断了，调用前面的socket函数也不会占用另一个，而是始终就是一个端口  
/// 这样防止socket始终连接不上，那么按照原来的做法，会不断地换端口。  
int nREUSEADDR = 1;  
setsockopt(sockConnected,  
              SOL\_SOCKET,  
              SO\_REUSEADDR,  
              (const char\*)&nREUSEADDR,  
              sizeof(int));

教科书上是这么说的：这样，假如服务器关闭或者退出，造成本地地址和端口都处于TIME\_WAIT状态，那么SO\_REUSEADDR就显得非常有用。  
也许我们无法避免被冻结在CLOSE\_WAIT状态永远不出现，但起码可以保证不会占用新的端口。  
其次，我们要设置SO\_LINGER套接字选项：  
从容关闭还是强行关闭？  
LINGER是“拖延”的意思。  
默认情况下(Win2k)，SO\_DONTLINGER套接字选项的是1；SO\_LINGER选项是，linger为\{l\_onoff：0，l\_linger：0\}。  
如果在发送数据的过程中(send()没有完成，还有数据没发送)而调用了closesocket()，以前我们一般采取的措施是“从容关闭”：  
因为在退出服务或者每次重新建立socket之前，我都会先调用  
/// 先将双向的通讯关闭  
     shutdown(sockConnected, SD\_BOTH);  
     /// 安全起见，每次建立Socket连接前，先把这个旧连接关闭  
closesocket(sockConnected);  
   
我们这次要这么做：  
设置SO\_LINGER为零（亦即linger结构中的l\_onoff域设为非零，但l\_linger为0），便不用担心closesocket调用进入“锁定”状态（等待完成），不论是否有排队数据未发送或未被确认。这种关闭方式称为“强行关闭”，因为套接字的虚电路立即被复位，尚未发出的所有数据都会丢失。在远端的recv()调用都会失败，并返回WSAECONNRESET错误。  
在connect成功建立连接之后设置该选项：  
linger m\_sLinger;  
m\_sLinger.l\_onoff = 1;  // (在closesocket()调用,但是还有数据没发送完毕的时候容许逗留)  
m\_sLinger.l\_linger = 0; // (容许逗留的时间为0秒)  
setsockopt(sockConnected,  
         SOL\_SOCKET,  
         SO\_LINGER,  
         (const char\*)&m\_sLinger,  
         sizeof(linger));

总结  
也许我们避免不了CLOSE\_WAIT状态冻结的再次出现，但我们会使影响降到最小，希望那个重用套接字选项能够使得下一次重新建立连接时可以把CLOSE\_WAIT状态踢掉

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