一、理解CLOSE_WAIT状态

当客户端和服务器在进行TCP通信时，若客户端调用close函数关闭对应的文件描述符，此时客户端底层操作系统就会向服务器发起FIN请求，服务器收到该请求后会对其进行ACK响应。

但若当服务器收到客户端的FIN请求后，服务器端不调用close函数关闭对应的文件描述符，那么服务器就不会给客户端发送FIN请求，相当于只完成了四次挥手中的前两次挥手，此时客户端和服务器的连接状态分别会变为FIN_WAIT_2和CLOSE_WAIT

可以编写一个简单的TCP服务器端来模拟出该现象，采用一些网络工具来充当客户端向服务器发起连接请求

服务器的初始化需要进行套接字的创建、绑定以及监听，然后主线程就可以通过调用accept函数从底层获取建立好的连接了。获取到连接后主线程创建新线程为该连接提供服务，而新线程只需执行一个死循环逻辑即可

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>
const int port = 8082;
const int num = 5;
void* Routine(void* arg)
{
  pthread_detach(pthread_self());
  int fd = *(int*)arg;
  delete (int*)arg;
  while (1){
    std::cout << "socket " << fd << " is serving the client" << std::endl;
    sleep(1);
  }
  return nullptr;
}
int main()
{
  //创建监听套接字
  int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (listen_sock < 0) {
    std::cerr << "socket error" << std::endl;
    return 1;
  }
  //绑定
  struct sockaddr_in local;
  memset(&local, 0, sizeof(local));
  local.sin_port = htons(port);
  local.sin_family = AF_INET;
  local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
  if (bind(listen_sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){
    std::cerr << "bind error" << std::endl;
    return 2;
  }
  //监听
  if (listen(listen_sock, num) < 0){
    std::cerr << "listen error" << std::endl;
    return 3;
  }
  //启动服务器
  struct sockaddr_in peer;
  memset(&peer, 0, sizeof(peer));
  socklen_t len = sizeof(peer);
  for (;;){
    int sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&peer, &len);
    if (sock < 0){
      std::cerr << "accept error" << std::endl;
      continue;
    }
    std::cout << "get a new link: " << sock << std::endl;
    int* p = new int(sock);
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, Routine, (void*)p);
  }
  return 0;
}

代码编写完成后编译并运行服务器，并用telnet工具连接服务器，最后运行下面监控脚本

[cl@VM-0-15-centos DisconnectStatus]$ while :; do sudo netstat -ntp|head -2&&sudo netstat -ntp | grep 8082; sleep 1; echo "##################"; done

令telnet退出，即客户端向服务器发起了连接断开请求，但此时服务器端并没有调用close函数关闭对应的文件描述符，所以当telnet退出后，客户端维护的连接的状态会变为FIN_WAIT_2，而服务器维护的连接的状态会变为CLOSE_WAIT

因此若不及时关闭不用的文件描述符，除了会造成文件描述符泄漏，可能导致连接资源没有完全释放，即内存泄漏问题

二、理解TIME_WAIT状态

当客户端和服务器在进行TCP通信时，客户端调用close函数关闭对应的文件描述符，若服务器收到后也调用close函数进行了关闭，那么此时双方将正常完成四次挥手。但主动发起四次挥手的一方在四次挥手后，不会立即进入CLOSED状态，而是进入短暂的TIME_WAIT状态等待若干时间，最终才会进入CLOSED状态

继续刚才的实验，由于telnet退出后服务器端没有调用close关闭对应的文件描述符，因此客户端维护的客户端维护连接的状态停留在了FIN_WAIT_2状态，而服务器维护连接的状态停留在了CLOSE_WAIT状态。

要让客户端和服务器继续完成后两次挥手，就需要服务器端调用close函数关闭对应的文件描述符。虽然服务器代码中没有调用close函数，但因为文件描述符的生命周期是随进程的，当进程退出的时候，该进程所对应的文件描述符都会自动关闭。因此只需要在telnet退出后让服务器进程退出就行了，此时服务器进程所对应的文件描述符会自动关闭，此时服务器底层TCP就会向客户端发送FIN请求，完成剩下的两次挥手。

四次挥手后客户端维护的连接就会进入到TIME_WAIT状态，而服务器维护的连接则会进入到CLOSED状态

解决TIME_WAIT状态引起的bind失败的方法

主动发起四次挥手的一方在四次挥手后，会进入TIME_WAIT状态。若在有客户端连接服务器的情况下服务器进程退出了，就相当于服务器主动发起了四次挥手，此时服务器维护的连接在四次挥手后就会进入TIME_WAIT状态

在该连接处于TIME_WAIT期间，若服务器想重新启动，则会出现绑定失败问题

在TIME_WAIT期间，连接并没有被完全释放，即服务器绑定的端口号仍然被占用，此时服务器若想继续绑定该端口号，则只能等待TIME_WAIT结束。但当服务器崩溃后最重要的是让服务器立马重新启动，若想要让服务器崩溃后在TIME_WAIT期间也能立刻重新启动，需要让服务器在调用socket函数创建套接字后，继续调用setsockopt函数设置端口复用，这也是编写服务器代码时的推荐做法

setsockopt函数

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

sockfd：需要设置的套接字对应的文件描述符

level：被设置选项的层次。比如在套接字层设置选项对应就是SOL_SOCKET

optname：需要设置的选项。该选项的可取值与设置的level参数有关

optval：指向存放选项待设置的新值的指针

optlen：待设置的新值的长度

返回值：设置成功返回0，设置失败返回-1，同时错误码会被设置

设置监听套接字，将监听套接字在套接字层设置端口复用选项SO_REUSEADDR，该选项设置为非零值表示开启端口复用

int opt = 1;
setsockopt(listen_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

此时当服务器崩溃后即可立马重新启动，而不用等待TIME_WAIT结束

实验

先启动服务器，再启动客户端连接服务器，此时出现两个ESTABLISHED连接

此时向服务器发送信号使得服务器退出，客户端检测到服务器关闭也关闭了文件描述符，由于服务器主动发起四次挥手，其状态变为TIME_WAIT

由于代码中调用了setsockopt函数，设置监听套接字端口复用，此时可用重新启动服务器。接下来重新启动服务器和客户端，此时出现了三个连接，其中8082端口绑定了两个连接（端口复用）

从上述实验中可以看出，即便通信双方对应的进程都退出，但服务器端依然存在一个处于TIME_WAIT状态的连接，这也说明了进程管理和连接管理是两个相对独立的单元。连接由TCP自行管理，连接不一定会随进程的退出而关闭