网络编程：优雅的关闭
参考：盛延敏：网络编程实战
一、close函数
close函数：
int close(int sockfd)
对已连接的套接字执行 close 操作就可以，若成功则为 0，若出错则为 -1。这个函数会对套接字引用计数减一，一旦发现套接字引用计数到 0，就会对套接字进行彻底释放，并且会关闭 TCP 两个方向的数据流。
套接字引用计数是什么意思呢？因为套接字可以被多个进程共享
- 在输入方向，系统内核会将该套接字设置为不可读，任何读操作都会返回异常。
- 在输出方向，系统内核尝试将发送缓冲区的数据发送给对端，并最后向对端发送一个 FIN 报文，接下来如果再对该套接字进行写操作会返回异常。
- 如果对端没有检测到套接字已关闭，还继续发送报文，就会收到一个 RST 报文，告诉对端：“Hi, 我已经关闭了，别再给我发数据了。”
close函数并不能帮助关闭连接的一个方向。
二、shutdown函数
shutdown 函数的原型
int shutdown(int sockfd, int howto)
若成功则为 0，若出错则为 -1
howto参数有三种情况:
- SHUT_RD(0)：关闭连接的“读”这个方向，对该套接字进行读操作直接返回 EOF。从数据角度来看，套接字上接收缓冲区已有的数据将被丢弃，如果再有新的数据流到达，会对数据进行 ACK，然后悄悄地丢弃。也就是说，对端还是会接收到 ACK，在这种情况下根本不知道数据已经被丢弃了。
- SHUT_WR(1)：关闭连接的“写”这个方向，这就是常被称为“半关闭”的连接。此时，不管套接字引用计数的值是多少，都会直接关闭连接的写方向。套接字上发送缓冲区已有的数据将被立即发送出去，并发送一个 FIN 报文给对端。应用程序如果对该套接字进行写操作会报错。
- SHUT_RDWR(2)：相当于 SHUT_RD 和 SHUT_WR 操作各一次，关闭套接字的读和写两个方向。
close函数和shutdown函数的差别
第一个差别：close 会关闭连接，并释放所有连接对应的资源，而 shutdown 并不会释放掉套接字和所有的资源。
第二个差别：close 存在引用计数的概念，并不一定导致该套接字不可用；shutdown 则不管引用计数，直接使得该套接字不可用，如果有别的进程企图使用该套接字，将会受到影响。
第三个差别：close 的引用计数导致不一定会发出 FIN 结束报文，而 shutdown 则总是会发出 FIN 结束报文，这在我们打算关闭连接通知对端的时候，是非常重要的。
程序体验差别
服务端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#define MAXLINE 4096
#define SERV_PORT 43211
#define LISTENQ 1024
static int count;
static void sig_int(int signo)
{
printf("\nreceived %d datagrams\n", count);
exit(0);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int listenfd;
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int rt1 = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
if( rt1 < 0)
{
perror("bind failed");
return -1;
}
int rt2 = listen(listenfd, LISTENQ);
if(rt2 < 0)
{
perror("listen failed");
return -1;
}
signal(SIGINT, sig_int);
signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
int connfd;
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
if((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len)) < 0)
{
perror("accept failed");
return -1;
}
char message[MAXLINE];
count = 0;
for(;;)
{
int n = read(connfd, message, MAXLINE);
if(n < 0)
{
perror("error read");
return -1;
}
else if(n == 0)
{
perror("client closed ");
return -1;
}
message[n] = 0;
printf("received %d bytes: %s\n", n, message);
count++;
char send_line[MAXLINE];
sprintf(send_line, "Hi, %s",message);
sleep(5);
int write_nc = send(connfd, send_line, strlen(send_line), 0);
printf("send bytes: %zu \n",write_nc);
if(write_nc < 0)
{
perror("error write");
}
}
}
服务端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>
#define MAXLINE 4096
#define SERV_PORT 43211
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 2)
{
perror("usage:graceserver <IPaddress>");
return -1;
}
int socket_fd;
socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
socklen_t server_len = sizeof(server_addr);
int connect_rt = connect(socket_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, server_len);
if(connect_rt < 0)
{
perror("connect failed");
return -1;
}
char send_line[MAXLINE],recv_line[MAXLINE+1];
int n;
fd_set readmask;
fd_set allreads;
FD_ZERO(&allreads);
FD_SET(0, &allreads);
FD_SET(socket_fd, &allreads);
for(;;)
{
readmask = allreads;
int rc = select(socket_fd+1, &readmask, NULL, NULL, NULL);
if(rc <= 0)
{
perror("select failed");
return -1;
}
if(FD_ISSET(socket_fd, &readmask))
{
n = read(socket_fd, recv_line, MAXLINE);
if(n < 0)
{
perror("read error");
return -1;
}
else if(n == 0)
{
perror("server terminated\n");
return -1;
}
printf("==========");
recv_line[n] = 0;
fputs(recv_line, stdout);
fputs("\n",stdout);
}
if(FD_ISSET(0, &readmask))
{
if(fgets(send_line, MAXLINE, stdin) != NULL)
{
if(strncmp(send_line, "shutdown", 8) == 0)
{
FD_CLR(0, &allreads);
if(shutdown(socket_fd, 1))
{
perror("shudown failed");
return -1;
}
}
else if(strncmp(send_line, "close", 5) == 0)
{
FD_CLR(0, &allreads);
if(close(socket_fd))
{
perror("close failed");
return -1;
}
sleep(6);
exit(0);
}
else
{
int i = strlen(send_line);
if(send_line[i - 1] == '\n')
{
send_line[i - 1] = 0;
}
printf("now sending %s\n",send_line);
size_t rt = write(socket_fd, send_line, strlen(send_line));
if(rt < 0)
{
perror("write failed..");
return -1;
}
printf("send bytes: %zu \n",rt);
}
}
}
}
}
运行效果：
close：
在客户端 close 掉整个连接之后，服务器端接收到 SIGPIPE 信号，直接退出。客户端并没有收到服务器端的应答数据。
shutdown：
服务器端输出了 data1、data2；客户端也输出了“Hi,data1”和“Hi,data2”，客户端和服务器端各自完成了自己的工作后，正常退出
两者的时序图如下：
客户端调用 shutdown 函数只是关闭连接的一个方向，服务器端到客户端的这个方向还可以继续进行数据的发送和接收，所以“Hi,data1”和“Hi,data2”都可以正常传送；当服务器端读到 EOF 时，立即向客户端发送了 FIN 报文，客户端在 read 函数中感知了 EOF，也进行了正常退出。
小结
close 函数只是把套接字引用计数减 1，未必会立即关闭连接；
close 函数如果在套接字引用计数达到 0 时，立即终止读和写两个方向的数据传送。
基于这两点，在期望关闭连接其中一个方向时，应该使用 shutdown 函数。
