【网络基础-套接字关闭】close与shutdown以及SO_LINGER属性（精讲）

人们的视线总是会指向那些他们有兴趣靠近、试探、寻找或者拥有的东西。---摘自：《人生十二堂课》

当一个TCP连接终止时，需要调用close或者shutdown函数来关闭对应的套接字。那么对于这两个关闭接口，各自适用于什么情况呢，有什么不同呢？以及如何通过套接字属性控制它们产生不同的行为呢？

下面我们就来详细说一说close以及shutdown函数的用法以及它们的区别：

close：关闭套接字

#include <unistd.h>
int close(int sockfd);
返回值：成功：0 出错：-1    
参数：sockfd：要关闭的套接字描述符

功能：close一个TCP套接字的默认行为是把该套接口做上“已关闭”标记，并立即返回到进程。

这个套接字不能再为进程所用：它不能作为read或write函数的第一个参数。但TCP将试图发送已在发送队列中待发的任何数据，然后按正常的TCP连接终止序列进行操作（四次挥手）。图示如下图1：

图1：调用close函数执行过程

为了更好的理解close函数的功能，我们需要引用一个“描述符引用计数”的概念。

描述符引用计数：

对于套接字是和linux文件一样有“引用计数”的属性的，如果一个服务器通过fork函数创建子进程来对已连接套接字(sockfd)进行处理，那么当它调用完fork后，已连接套接字描述符(sockfd)的引用计数就从一变成了二（类似于硬连接）。对sockfd调用close将使其引用计数的值从二减为一。并不会触发TCP的四次挥手函数。只有当套接字的引用计数为0时，才会关闭套接字触发TCP的四次挥手。

通过上面介绍我们可以分析出close函数有两个局限：

close把描述符的引用计数减一，仅在该计数变为0时，才关闭套接字。
close终止读和写两个方向的数据传送。

那么如果我们想要在调用终止函数时就关闭套接字，并且想要灵活的关闭套接字的读或者写时，显然缺省属性的close时满足不了需求的，下面我们引进一个关闭套接字更灵活的函数shutdown（类似于linux的关机命令）。

shutdown函数：

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd,int howto);
返回值：成功：0 失败：-1
参数：sockfd：要关闭的套接字描述符
          howto：控制shutdown函数的行为

howto有三种值，它们分别控制shutdown函数的不同行为：

SHUT_RD：关闭连接的读这一半--套接字中不再有数据可接收，而且套接字接收缓冲区中现有数据都被丢失。进程不能再对这样的套接字调用任何读函数。对一个TCP套接字这样调用shutdown函数后，由该套接字接收的来自对端的任何数据都被确认，然后悄然丢弃。
SHUT_WR：关闭连接的写这一半--对于TCP套接字，这称为半关闭。当前留在套接字发送缓冲区中的数据将被发送掉，后跟TCP的正常连接终止序列。不管套接字描述符的引用计数是否等于0，这样的写半部关闭照样执行。进程不能再对这样的套接字调用任何写函数。
SHUT_RDWR：连接的读半部和写半部都关闭--这与调用shutdown两次等效：第一次调用指定SHUT_RD，第二次调用指定SHUT_WR。

举个服务端的例子：服务器通过fork创建子进程对已连接套接字进行业务处理，在父进程处分别调用close以及shutdown函数对已连接套接字进行关闭

int main(int argc,char **argv)
{
    //1. 声明ipv4套接字地址结构变量
    struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
    bzero(&client_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
    int sockfd,conn_fd;
    //网络地址结构中端口和ip都要用网络序进行存储
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons((uint16_t)server_port);
    //server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    //创建ipv4 字节流套接字
    if((sockfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)//0 right -1 error
    {
        return -1;
    }

    if(bind(sockfd,(const struct sockaddr *)&server_addr,addr_len) == -1)//0 right -1 error
    {
        fprintf(stderr, "bind fail value of erron:%d Error message: %s\n", errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    if(listen(sockfd,listen_num)== -1)//0 right -1 error
    {
        fprintf(stderr, "listen fail value of erron:%d Error message: %s\n", errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    //接收SIGCHLD信号
    signal(SIGCHLD,SIGCHLDHandler);
    pid_t pid;

    while(1)
    {
        conn_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_addr,&addr_len);
        if(conn_fd == -1)
        {
            fprintf(stderr, "accept fail value of erron:%d Error message: %s\n", errno,strerror(errno));
            continue;
        }
        if((pid = Fork()) == 0)
        {
            close(sockfd);//在子进程中关闭监听套接口
            doit(conn_fd,&client_addr);//调用处理函数
            close(conn_fd);//关闭已连接套接口
            exit(0);
        }
        close(conn_fd);//调用close关闭已连接套接口，但是引用计数不为0，所以套接口未关闭，在子进程中仍然可以正常通信
        //shutdown(conn_fd,SHUT_RDWR);//关闭已连接套接口，直接关闭套接口的读和写，子进程也不可以再用这个套接口
    }
    return 0;
}

执行结果：

父进程调用close:客户与服务器仍然可以正常通信（服务器对与客户端发过来的数据，在前面加上hello后，发送给客户，客户端打印）。

父进程调用shutdown：客户与服务器不可以在进行数据交互（服务器接收不到客户端发送的数据）。

我们已经了解了套接字关闭函数close、shutdown以及它们的区别，下面我们来进阶一下，说一说套接口有关它们两个的属性：SO_LINGER。

SO_LINGER套接口选项：

此选项通过套接口属性设置函数setsockopt进行设置。用于控制指定函数close对面向连接的协议如何操作（例如对TCP而不是对UDP）。缺醒操作是close立即返回，但如果有数据残留在套接口发送缓冲区中，系统将试着将这些数据发送给对方。

SO_LINGER套接口选项使我们可以改变close缺省设置，此选项要求在用户进程与内核间传递如下结构：

设置函数示例：
struct linger st_linger；
setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(void *)&st_linger,&sizeof(st_linger));
头文件：<sys/socket.h>
struct linger
{
    int l_onoff;    /*0=off,nonzero = on */
    int l_linger;    /*linger time,Posix.1g specifies units as seconds */
};

对setsockopt（套接字属性设置函数）的调用将依两个结构成员的值导致下列三种情况的某一种：

如果l_onoff为0，则选项关闭，l_linger的值被忽略。执行close的缺醒操作。
如果l_onoff为非0值且l_linger为0，那么当套接口关闭时TCP夭折连接。TCP将丢弃保留在套接口发送缓冲区中的任何数据并发送一个RST给对方，而不是通常的四分组连接终止序列。
l_onoff为非0值且l_linger也为非0值，那么当套接口关闭时内核将拖延一段时间（这个时间由l_linger控制，延迟l_linger秒）。也就是说，如果在套接口发送缓冲区中仍残留有数据，进程将处于睡眠状态，一直到(a)所有数据都已发送完且均被对方确认或(b)延迟时间到。（延伸：如果套接口被设置为非阻塞型，它将不等待close完成，即使延迟时间不为0也是如此。）

注：当使用SO_LINGER选项的这个特性时，应用进程检查close的返回值是非常重要的，因为，如果在数据发送完并被确认前延迟时间到的话，close将返回EWOULD-BLOCK错误且套接口发送缓冲区中的任何数据都丢失。

对于上面SO_LINGER属性可以控制的几种情况，套接口上的close确切来说是什么时候返回的。我们假设客户写数据到套接口上，然后调用close。

l_onoff为0，close缺省情况，下图2：