如何优雅地断开TCP连接？(2)

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如何优雅地断开TCP连接？(2)

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| accept(sock_fd |

| <unfinished ...> |

1| | shutdown(sock_fd) = 0

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| // Woken up by shutdown() |

| // errno set to EINVA |

2| <... accept resumed>) = -1 |

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v |

(1) thread-1还在等待sock_fd, thread-2调用shutdown(), 立即开始关闭socket的流程，发FIN 包等。

然后, 内核中tcp_shutdown中会调用sock_def_wakeup 唤醒阻塞在accept()上的thread-1。
(2) 这时在accept()上阻塞的线程被唤醒, 并立即返回。

返回码是-1，errno设置为EINVA。
这里如果thread-2调用的是close(), accept不会被唤醒，如果后面有请求connect进来，还能正确接受并返回。

结论

shutdown() 立即关闭socket;

并可以用来唤醒等待线程;
close() 不一定立即关闭socket(如果有人引用, 要等到引用解除);

不会唤醒等待线程。

现在大部分网络应用都使用nonblocking socket和事件模型如epoll的时候，因为nonblocking所以没有线程阻塞, 上面提到的行为差别不会体现出来。

当时注意到这个问题是在做1个go的server，因为在go的实现中，一个tcp的accept的底层实现里，对accept()的系统调用还是阻塞的。当另1个goroutine想要退出整个进程的时候，需要通知accept的goroutine先退出。最初我使用`func (*TCPListener) Close`来关闭监听的socket, 但发现TCPListener:Close实际调用了系统调用close(), 无法唤醒当前正在accept()的goroutine, 必须等到有下一个连接进来才能唤醒accept()，进而退出整个进程。所以后来改成使用shutdown()来关闭`sock_fd`，以达到唤醒accept()的goroutine的目的。

shutdown() doesn't actually close the file descriptor—it just changes its usability. To free a socket descriptor, you need to use close().

shutdown是一种优雅地单方向或者双方向关闭socket的方法。而close则立即双方向强制关闭socket并释放相关资源。
如果有多个进程共享一个socket，shutdown影响所有进程，而close只影响本进程。

以下均基于单进程socket。

服务端调用shutdown()

server调用shutdown()，此时任何后续的send，recv都是无效的（根据关闭发送还是关闭接收有所不同）。shutdown本身并不影响底层，也就是说，此前发出的异步send/recv不会返回。其次，在所有已发送的包被client确认后，server会发送FIN包给client，开始TCP四次挥手过程。
注意不管是关闭发送还是关闭接收，server端均向client端发送FIN报文。client 端收到FIN报文后，并不知道server端以何种方式shutdown，甚至不知道server端是shutdown还是close。

client端收到FIN报文之后，详见下文叙述......

服务端调用close()

通过参数设置不同，调用close会出现如下A，B两种情况：

A. 向客户端发送一个RST报文，丢弃本地缓冲区的未读数据，关闭socket并释放相关资源，此种方式为强制关闭。（l_onoff为非0，l_linger为0，）

B. 向客户端发送一个FIN报文，收到client端FIN ACK后，进入了FIN_WAIT_2阶段，可参考TCP四次挥手过程，此种方式为优雅关闭。如果在l_linger的时间内仍未完成四次挥手，则强制关闭。（ l_onoff 为非0，l_linger为非0）

FIN与RST

若server端发送FIN报文后没有收到client端的FIN ACK，会两次重传FIN报文，若一直收不到client端的FIN ACK，则会给client端发送RST信号，关闭socket并释放资源。（不同系统实现可能会不同）
client收到FIN信号后，再调用read函数会返回0。因为FIN的接收，表明client端以后再无数据可以接收，对方发来FIN，表明对方不在发送数据了。

（注意所有FIN及ACK报文均由操作系统自动完成发送接收）

client收到FIN后，会发送应答ack报文，表明收到server的FIN报文，server收到ack报文之后，就进入了FIN_WAIT_2阶段。
根据tcp协议，向一个 FIN_WAIT2 状态的 TCP写入数据是没有问题的，所以此时client可以调用write函数，写入到发送缓冲区，并由tcp连接，发送到server的接收缓冲区。由于server端已经关闭了socket，所以此时的server接收缓冲区的内容都被抛弃，同时server端返回RST给客户端。
client端如何知道已经接收到RST报文？

server发送RST报文后，并不等待从client端接收任何ack响应，直接关闭socket。而client端收到RST报文后，也不会产生任何响应。client端收到RST报文后，程序行为如下：

阻塞模型下，内核无法主动通知应用层出错，只有应用层主动调用read()或者write()这样的IO系统调用时，内核才会利用出错来通知应用层对端已经发送RST报文。
非阻塞模型下，select或者epoll会返回sockfd可读,应用层对其进行读取时，read()会报RST错误。

通过read write函数出错返回后，获取errno来确定对端是否发送RST信号。

client收到RST报文后应如何处理？

client端收到RST信号后，如果调用read函数读取，则会返回RST错误。在已经产生RST错误的情况下，继续调用write，则会发生epipe错误。此时内核将向客户进程发送 SIGPIPE 信号，该信号默认会使进程终止，通常程序会异常退出（未处理SIGPIPE信号的情况下）。

在收到server发送RST报文的情况下，client端的任何read write都是毫无意义的。

作者：dacheng
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來源：简书
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