如何可靠关闭 TCP 连接

write 的含义

　　用write()向 socket 描述符写入n个字节，write()返回n，这意味着什么呢？你可能这样想，write()返回n，那不就表示对方已经收到n个字节了吗？

1 2	char buffer[1024]; ssize_t n = write(sockfd, buffer, sizeof(buffer));

　　然而，实际上write()返回n仅仅保证将n个字节写入内核中sockfd的发送缓冲区。但是内核是否已经将数据转发给网卡，对方是否收到了数据，就无从得知了。

TCP 的可靠关闭

　　既然调用write()无法确保对方收到了数据，那么在调用write()之后就调用close()来关闭连接是否合适呢？RFC1122指出，由于 TCP 是全双工的，调用close()时如果有可读数据停留在接收缓冲区，或者在close()之后收到新的数据，数据就无法被读取，这时 TCP 将会发送 RST 通知对方数据已经丢失了。

　　让我们看一个例子，首先客户端发送1000000个字节给服务端：

// write n bytes to socket descriptor, see UNP volume 1
ssize_t writen(int sockfd, const void *buf, size_t n);
char data[1000000];
ssize_t n = writen(sockfd, data, sizeof(data));
printf("write %zd bytes\n", n);    // write 1000000 bytes
close(sockfd);

　　服务端在接收客户端的连接之后，首先write()一行数据给客户端，接着读取从客户端发来的数据：

void handle_client(int sockfd)
{
    write(sockfd, "welcome\r\n", 9);
    read_data(sockfd);
    close(sockfd);
}
void read_data(int sockfd)
{
    char buffer[4096];
    ssize_t bytes = 0;
    while(true)
    {
	ssize_t n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
	if (n < 0)
	{
	    if (errno == EINTR) {  continue;  }
	    fprintf(stderr, "get error after read %zd bytes: %s\n",
		    bytes, strerror(errno));
	    break;
	}
	if (n == 0)
	{
	    printf("Connection close by peer\n");
	    break;
	}
	bytes += n;
    }
    printf("read %zd bytes\n", bytes);
}

　　程序看起来似乎没有问题，但运行服务端程序就会发现，尽管客户端发送1000000个字节，但服务端在收到961180个字节之后，收到了 RST segment：

1	get error after read 961180 bytes: Connection reset by peer

　　让我们分析一下上面的代码：

客户端调用close()时，它的接收缓冲区有一行数据未读取，这时close()将导致客户端发送一个 RST 给服务端。
服务端调用read()返回-1，错误信息为：Connection reset by peer。

　　只要客户端在close()之前，读取完接收缓冲区的数据，就不会出现错误了，具体可以这样做：

客户端写完所有数据，调用shutdown(sockfd, SHUT_WR)，这会导致客户端发送一个 FIN 给服务端。
服务端读取完接收缓冲区的数据之后，read()将会返回0，这时服务端将会调用close()关闭连接，导致一个 FIN 发送给客户端。
客户端读取完接收缓冲区的数据之后，read()返回0，这时调用close()关闭连接。

　　所以我们只需要修改客户端的几行代码，就可以实现连接的可靠关闭：

char data[1000000];
ssize_t n = writen(sockfd, data, sizeof(data));
printf("write %zd bytes\n", n);    // write 1000000 bytes
shutdown(sockfd, SHUT_WR);
read_data(sockfd);
close(sockfd);

　　这次运行服务端就会发现数据接收正确：

1 2	Connection close by peer read 1000000 bytes

write 的含义

TCP 的可靠关闭

参考资料