Files
TCP-IP-NetworkNote/ch07
riba2534 5625eea472 docs: 全面校对全部章节文档与示例代码
通过多智能体工作流对 19 章笔记(README.md)与 96 个 .c 示例代码做深度
审查与对抗性验证,修复 317 处确认问题,涵盖:

技术正确性:
- 修复缓冲区溢出:echo_mpserv.c / echo_storeserv.c 等的 read(buf, BUFSIZ)
  改为 BUF_SIZE(buf 仅 30 字节,BUFSIZ 远大于此)
- 修复 open() 缺少 mode 参数:low_open.c / fd_seri.c / desto.c 等
  O_CREAT 调用补 0644(原导致 low_read 链路失败)
- 修复 feof 循环 off-by-one:news_sender.c / echo_stdserv.c 改用 fgets
  返回值判断
- 修复线程竞态:chat_server.c / webserv_linux.c 的 &clnt_sock 栈地址
  传子线程改为 malloc 分配 + free
- 修复索引混淆:char_EPLTserv.c 错用 clnt_sock 查找改为 ep_events[i].data.fd
- 修复格式化符:thread4.c 的 sizeof 用 %d 改为 %zu
- 修正习题答案:ch01 fd 序号、ch13 MSG_OOB 加粗项、ch09 Nagle 等

文档规范:
- 统一术语:IPv4/IPv6、接收(receive)/连接(connection)
- 修正错别字:occured→occurred、cooffee→coffee、Usgae→Usage、
  eerror→error、proess→process 等
- 修复病句、补全习题答案解释
- GitHub 绝对 URL 改为相对路径,统一项目引用规范
- 同步根 README.md(前言 + 19 章合并)

另:重命名 ch10/remove_zomebie.c → remove_zombie.c(修正拼写)

所有 .c 文件经 gcc 编译验证通过(ch17 epoll 文件因 macOS 无 sys/epoll.h
跳过,已人工复核)。
2026-06-28 12:47:46 +08:00
..

第 7 章 优雅地断开套接字的连接

本章代码,在TCP-IP-NetworkNote中可以找到。

本章讨论如何优雅地断开套接字的连接,之前用的方法不够优雅是因为,我们是调用 close 函数或 closesocket 函数单方面断开连接的。

7.1 基于 TCP 的半关闭

TCP 的断开连接过程比建立连接更重要,因为连接过程中一般不会出现大问题,但是断开过程可能发生预想不到的情况。因此应该准确掌控。所以要掌握半关闭Half-close,才能明确断开过程。

7.1.1 单方面断开连接带来的问题

Linux 的 close 函数和 Windows 的 closesocket 函数意味着完全断开连接。完全断开不仅指无法传输数据,而且也不能接收数据。因此在某些情况下,通信一方单方面的断开套接字连接,显得不太优雅。如图所示:

图中描述的是 2 台主机正在进行双向通信,主机 A 发送完最后的数据后,调用 close 函数断开了最后的连接,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 必须要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」的方法应运而生。断开一部分连接是指,可以传输数据但是无法接收,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。

7.1.2 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「流形成的状态」。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看作一种流。

此处的流可以比作水流。水朝着一个方向流动,同样,在套接字的流中,数据也只能向一个方向流动。因此,为了进行双向通信,需要如图所示的两个流:

一旦两台主机之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,本章讨论的「优雅的断开连接方式」只断开其中 1 个流而非同时断开两个流。Linux 的 close 函数和 Windows 的 closesocket 函数将同时断开这两个流,因此与「优雅」二字还有一段距离。

7.1.3 针对优雅断开的 shutdown 函数

shutdown 用来关闭其中一个流:

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

调用上述函数时,第二个参数决定断开连接的方式,其值如下所示:

  • 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 的第二个参数传递SHUT_RD,则断开输入流,套接字无法接收数据。即使输入缓冲收到数据也会抹去,而且无法调用相关函数。如果向 shutdown 的第二个参数传递SHUT_WR,则中断输出流,也就无法传输数据。如果输出缓冲中还有未传输的数据,则将传递给目标主机。最后,若传递关键字SHUT_RDWR,则同时中断 I/O 流。这相当于分 2 次调用 shutdown ,其中一次以SHUT_RD为参数,另一次以SHUT_WR为参数。

7.1.4 为何要半关闭

考虑以下情况:

一旦客户端连接到服务器服务器将约定的文件传输给客户端客户端收到后发送字符串「Thank you」给服务器端。

此处「Thank you」的传递是多余的这只是用来模拟客户端断开连接前还有数据要传输的情况。此时程序的编写难度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。客户端也没办法无休止地调用输入函数因为这有可能导致程序阻塞

是否可以让服务器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。为了解决该问题,服务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。那么问题来了,服务端如何传递 EOF

断开输出流时向主机传输 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「Thank you」。这时需要调用 shutdown 函数,只关闭服务器的输出流。这样既可以发送 EOF ,同时又保留了输入流。下面实现收发文件的服务器端/客户端。

7.1.5 基于半关闭的文件传输程序

上述文件传输服务器端和客户端的数据流可以整理如图:

下面的代码为编程简便,省略了大量错误处理代码。

编译运行:

gcc file_client.c -o fclient
gcc file_server.c -o fserver
./fserver 9190
./fclient 127.0.0.1 9190

结果:

客户端接收完成后,服务器会接收到来自客户端的感谢信息。

7.2 基于 Windows 的实现

Windows 平台下的半关闭实现与 Linux 类似,同样使用 shutdown 函数。函数原型如下:

#include <winsock2.h>
int shutdown(SOCKET s, int how);
/*
成功时返回 0失败时返回 SOCKET_ERROR
s: 需要断开的套接字句柄
how: 传递断开方式信息
*/

Windows 下的 how 参数取值与 Linux 略有不同:

  • SD_RECEIVE : 断开输入流(相当于 Linux 的 SHUT_RD
  • SD_SEND : 断开输出流(相当于 Linux 的 SHUT_WR
  • SD_BOTH : 同时断开 I/O 流(相当于 Linux 的 SHUT_RDWR

使用方法与 Linux 版本基本一致,只需注意参数名称的差异即可。

7.3 习题

以下答案仅代表本人个人观点,可能不是正确答案

  1. 解释 TCP 中「流」的概念。UDP 中能否形成流?请说明原因。

    两台主机中通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态又称「流形成的状态」。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看做一种流。UDP 没有建立连接的过程,所以不能形成流。

  2. Linux 中的 close 函数或 Windows 中的 closesocket 函数属于单方面断开连接的方法,有可能带来一些问题。什么是单方面断开连接?什么情形下会出现问题?

    答:单方面断开连接是指通信的一方调用 closeLinux或 closesocketWindows函数同时关闭输入流和输出流。这会导致该主机既不能发送数据也不能接收数据。

    问题出现的典型情形是服务器向客户端传输文件传输完成后需要接收客户端的确认信息如「Thank you」。如果服务器调用 close 函数发送 EOF虽然客户端能知道文件传输完毕但服务器也无法再接收客户端发送的确认信息了。解决方法是使用 shutdown 函数进行半关闭,只关闭输出流,保留输入流。

  3. 什么是半关闭?针对输出流执行半关闭的主机处于何种状态?半关闭会导致对方主机接收什么消息?

    答:半关闭是指只关闭套接字的输入流或输出流中的一种,而不是同时关闭两者。

    针对输出流执行半关闭(即调用 shutdown(sock, SHUT_WR))的主机处于:可以接收数据,但无法发送数据的状态。

    半关闭会导致对方主机的接收函数返回 EOF文件结束符对方主机由此得知数据已传输完毕。