如何优雅地关闭一个socket

简介: 最近在windows编程时需要考虑到“如何优雅地关闭一个socket”,查阅了一些资料,现将查到的相关资料做个汇编,希望能对后来者有所帮助(比较懒,所以英文资料没有翻译:-)) 1. 关闭Socket时究竟做了什么     关闭socket分为主动关闭(Active closure)和被动关闭(Passive closure)两种情况。

最近在windows编程时需要考虑到“如何优雅地关闭一个socket”,查阅了一些资料,现将查到的相关资料做个汇编,希望能对后来者有所帮助(比较懒,所以英文资料没有翻译:-))

1. 关闭Socket时究竟做了什么

    关闭socket分为主动关闭(Active closure)和被动关闭(Passive closure)两种情况。前者是指有本地主机主动发起的关闭;而后者则是指本地主机检测到远程主机发起关闭之后,作出回应,从而关闭整个连接。
    其状态图如下图所示:

      起初每个socket都是CLOSED状态,当客户端初使化一个连接,他发送一个SYN包到服务器,客户端进入SYN_SENT状态。
服务器接收到SYN包,反馈一个SYN-ACK包,客户端接收后返馈一个ACK包客户端变成ESTABLISHED状态,如果长时间没收到SYN-ACK包,客户端超时进入CLOSED状态。
  当服务器绑定并监听某一端口时,socket的状态是LISTEN,当客户企图建立连接时,服务器收到一个SYN包,并反馈SYN-ACK包。服务器状态变成SYN_RCVD,当客户端发送一个ACK包时,服务器socket变成ESTABLISHED状态。

  当一个程序在ESTABLISHED状态时有两种图径关闭它, 第一是主动关闭,第二是被动关闭。如果你要主动关闭的话,发送一个FIN包。当你的程序closesocket或者shutdown(标记),你的程序发送一个FIN包到peer,你的socket变成FIN_WAIT_1状态。peer反馈一个ACK包,你的socket进入FIN_WAIT_2状态。如果peer也在关闭连接,那么它将发送一个FIN包到你的电脑,你反馈一个ACK包,并转成TIME_WAIT状态。
  TIME_WAIT状态又号2MSL等待状态。MSL意思是最大段生命周期(Maximum Segment Lifetime)表明一个包存在于网络上到被丢弃之间的时间。每个IP包有一个TTL(time_to_live),当它减到0时则包被丢弃。每个路由器使TTL减一并且传送该包。当一个程序进入TIME_WAIT状态时,他有2个MSL的时间,这个充许TCP重发最后的ACK,万一最后的ACK丢失了,使得FIN被重新传输。在2MSL等待状态完成后,socket进入CLOSED状态。
  被动关闭:当程序收到一个FIN包从peer,并反馈一个ACK包,于是程序的socket转入CLOSE_WAIT状态。因为peer已经关闭了,所以不能发任何消息了。但程序还可以。要关闭连接,程序自已发送给自已FIN,使程序的TCP socket状态变成LAST_ACK状态,当程序从peer收到ACK包时,程序进入CLOSED状态。

2. Winsock2 API中的相关函数

    先当然是查MSDN,看到winsocks2 API中的相关函数有:closesocket,shutdown,WSASendDisconnect. 我大致说一下,具体详细的资料还请自行查MSDN.

    int closesocket( SOCKET s)的作用是关闭指定的socket,并且回收其所有的资源。
    int shutdown( SOCKET s,  int how)则是禁止在指定的socket s上禁止进行由how指定的操作,但并不对资源进行回收,shutdown之后而closesocket之前s还不能再次connect或者WSAConnect.
    int WSASendDisconnect( SOCKET s,  LPWSABUF lpOutboundDisconnectData)则和shutdown基本类似,稍有不同的就是WSASendDisconnect函数多了一个lpOutboundDisconnectData参数,可以允许发送“断开数据”(disconnect data).但MSDN上写了“The native implementation of TCP/IP on Windows does not support disconnect data.”,所以一般我们就用shutdown函数就行了。


3. Socket的优雅关闭

在MSDN中对shutdown函数中的Remarks部分有下面一段话,指出了如何进行一次优雅的slcket关闭:

To assure that all data is sent and received on a connected socket before it is closed, an application should use shutdown to close connection before calling closesocket. For example, to initiate a graceful disconnect:

 

  1. Call WSAAsyncSelect to register for FD_CLOSE notification.
  2. Call shutdown with how=SD_SEND.
  3. When FD_CLOSE received, call recv until zero returned, or SOCKET_ERROR.
  4. Call closesocket.

closesocket的行为也是随setsockopt()中参数的不同而有不同的表现,这里影响它的行为的主要就是那个linger结构。


SO_DONTLINGER 若为真,则SO_LINGER选项被禁止。 
SO_LINGER 延迟关闭连接 struct linger  
上面这两个选项影响close行为 
选项 间隔 关闭方式 等待关闭与否 
SO_DONTLINGER 不关心 优雅 否 
SO_LINGER 零 强制 否 
SO_LINGER 非零 优雅 是 
若设置了SO_LINGER(亦即linger结构中的l_onoff域设为非零),并设置了零超时间隔,则closesocket()不被阻塞立即执行,不论是否有排队数据未发送或未被确认。这种关闭方式称为“强制”或“失效”关闭,因为套接口的虚电路立即被复位,且丢失了未发送的数据。在远端的recv()调用将以WSAECONNRESET出错。 
若设置了SO_LINGER并确定了非零的超时间隔,则closesocket()调用阻塞进程,直到所剩数据发送完毕或超时。这种关闭称为“优雅的”关闭。请注意如果套接口置为非阻塞且SO_LINGER设为非零超时,则closesocket()调用将以WSAEWOULDBLOCK错误返回。 
若在一个流类套接口上设置了SO_DONTLINGER(也就是说将linger结构的l_onoff域设为零),则closesocket()调用立即返回。但是,如果可能,排队的数据将在套接口关闭前发送。请注意,在这种情况下WINDOWS套接口实现将在一段不确定的时间内保留套接口以及其他资源,这对于想用所以套接口的应用程序来说有一定影响。

    所以一般来说,不应该把linger设置为SO_LINGER 并且设置timeout为0,这样的话,当本地主机调用closesocket时将会造成一个“强制”或“失效”的非优雅关闭。可以根据实际情况设置为另外两种情况。

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