Linux网络编程 - 优雅地断开TCP套接字连接

本文主要是介绍Linux网络编程 - 优雅地断开TCP套接字连接，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一基于TCP的半关闭

TCP中的断开连接过程比建立连接过程更重要，因为连接过程中一般不会出现大的变数，但断开过程有可能发生预想不到的情况，因此应准确掌控。只有掌握了下面要讲解的半关闭（Half-close），才能明确断开过程。

1.1 单方面断开连接带来的问题

Linux的close()函数意味着完全断开连接。完全断开连接不仅指无法传送数据，而且也不能接收数据。因此，在某些情况下，通信一方调用close断开连接就显得不太优雅，如下图所示。

上图1-1 描述的是2台主机正在进行通信。主机A发送完最后的数据后，调用close()函数断开了连接，之后主机A无法再接收主机B传输的数据。实际上，是完全无法调用与接收数据相关的函数。最终，由主机B传输的、主机A必须接收的数据也销毁了。

为了解决这类问题，“只关闭一部分数据交换中使用的流”（half-close）的方法应运而生。断开一部分连接是指，可以传输数据但无法接收，或可以接收数据但无法传输。顾名思义就是只关闭流的一半。

1.2 套接字和流（Stream）

两台主机通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态，又称为“流形成状态”。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看作一种流。

此处的流可以比作是水流。水朝着一个分享流动，同样，在套接字的流中，数据也只能向一个方向移动。因此，为了进行双向通信，需要如下图所示的两个流。

一旦两台主机间建立了套接字连接，每个主机就会拥有单独的输入流和输出流。当然，其中一个主机的输入流与另一个主机的输出流相连，而输出流则与另一个主机的输入流相连。另外，我们讨论的“优雅地断开连接方式”是指只断开其中一个流，而非同时断开两个流。Linux的close函数将同时断开这两个流。

《说明》

1、输入缓冲，即接收缓冲；输出缓冲，即发送缓存。

2、I/O流1：主机A输出缓冲 ——> 主机B输入缓冲

3、I/O流2：主机B输出缓冲 ——> 主机A输入缓冲

4、我们说一条流，指的是某一方向上的数据传输逻辑通道。

1.3 针对优雅断开的 shutdown 函数

在Linux中，使用 shutdown() 函数来关闭其中的一条流。

shutdown() — 用于半关闭的函数。

#include <sys/socket.h>int shutdown(int sock, int howto);/*参数说明
sock: 需要断开的套接字文件描述符。
howto: 传递断开方式信息
*///返回值: 成功时返回0，失败时返回-1

调用shutdown()函数时，第二个参数决定断开连接的方式，其可能值有如下所示：

SHUT_RD：断开输入流。
SHUT_WR：断开输出流。
SHUT_RDWR：同时断开I/O流。

若向shutdown函数的第二个形参传递实参 SHUT_RD，则断开当前套接字的输入流，即套接字无法接收数据。即使输入缓冲收到数据也要抹去，而且无法调用输入相关函数（read、recv）。如果向shutdown函数的第二个形参传递实参 SHUT_WR，则中断输出流，也就无法传输数据。但如果输出缓冲还留有未传输的数据，则将传递至目标主机。最后，若传入实参 SHUT_RDWR，则同时中断 I/O流。这相当于分两次调用shutdown函数，其中一次传入以 SHUT_RD为实参，另一次以 SHUT_WR为实参。

1.4 为何需要半关闭

上文我们已对“关闭套接字的一半连接”有了充分的认识，但可能还有一些疑惑。

“究竟为什么需要半关闭？是否只要留出足够长的连接时间，保证完成数据交换即可？只要不急于断开连接，好像也没必要使用半关闭。”

这句话也不完全是错的。如果保持足够的时间间隔，完成数据交换后再断开连接，这时就没必要使用半关闭。但要考虑如下情况：

“一旦客户端连接到服务器端，服务器端将约定的文件传给客户端，客户端收到后发送字符串 ‘Thank you’ 给服务器端。”

此处字符串 “Thank you” 的传递实际上是多余的，这只是用来模拟客户端断开连接前还有数据需要传递的情况。此时程序实现并不小，因为传输文件的服务器端只需连续传输文件数据即可，而客户端无法知道需要接收数据到何时结束。客户端也没办法无休止地调用输入函数（read、recv），因为这有可能导致程序阻塞（调用的函数未返回）。

“是否可以让服务器端和客户端约定一个代表文件尾的字符？”

这种方式也有问题，因为这意味着文件中不能有与约定字符相同的内容。为解决该问题，服务器端应最后向客户端传递 EOF 表示文件传输结束。客户端通过函数返回值接收 EOF，这样可以避免与文件内容冲突。剩下最后一个问题：服务器如何传递 EOF？

“断开输出流时向对方主机传输EOF。”

当然，调用close()函数的同时关闭I/O流，这样也会向对方发送EOF。但此时无法再接收对方传输的数据。换言之，若调用close函数关闭流，就无法接收客户端最后发送的字符串消息“Thank you”。这时需要调用shutdown函数，只关闭服务器的输出流（半关闭）。这样即可以发送EOF，同时又保留了输入流，可以接收对方数据。下面结合前面的内容实现一个收发文件的服务器端/客户端示例程序。

1.5 基于半关闭的文件传输程序

收发文件的服务器端/客户端的数据流可整理如下图所示。

服务器端程序 file_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{int serv_sock, clnt_sock;FILE * fp;char buf[BUF_SIZE];int read_cnt;struct sockaddr_in serv_addr, clnt_addr;socklen_t clnt_addr_sz;if(argc!=2) {printf("Usage:%s <port>\n", argv[0]);exit(1);}fp=fopen("file_server.c", "rb");if(!fp)error_handling("fopen() error!");serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);   memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family=AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)error_handling("bind() error!");if(listen(serv_sock, 5) == -1)error_handling("listen() error!");clnt_addr_sz=sizeof(clnt_addr);    clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_sz);while(1)    //使用while循环向客户端传输文件{read_cnt=fread((void*)buf, 1, BUF_SIZE, fp);if(read_cnt<BUF_SIZE){write(clnt_sock, buf, read_cnt);break;}write(clnt_sock, buf, BUF_SIZE);}shutdown(clnt_sock, SHUT_WR);                //关闭套接字的输出流,并发送EOFread(clnt_sock, buf, BUF_SIZE);              //输入流仍可以接收数据printf("Message from client: %s\n", buf);    //控制台打印接收到的字符串消息fclose(fp);close(clnt_sock); close(serv_sock);return 0;
}void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

客户端程序 file_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{int sd;FILE *fp;char buf[BUF_SIZE];int read_cnt;struct sockaddr_in serv_adr;if(argc!=3) {printf("Usage: %s <IP> <port>\n", argv[0]);exit(1);}fp=fopen("receive.dat", "wb");if(!fp)error_handling("fopen() error!");sd=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));serv_adr.sin_family=AF_INET;serv_adr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));if(connect(sd, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)error_handling("connect() error!");while((read_cnt=read(sd, buf, BUF_SIZE )) !=0 )  //当收到EOF时退出循环fwrite((void*)buf, 1, read_cnt, fp);puts("Received file data");write(sd, "Thank you", 10);  //向服务器端发送表示感谢的消息，若服务器端未关闭输入流，则可接收到此消息fclose(fp);close(sd);return 0;
}void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

程序运行结果

服务器端

编译程序：gcc file_server.c -o fserver

运行程序：./fserver 9190

Message from client: Thank you

客户端

编译程序：gcc file_client.c -o fclient

运行程序：Received file data