⟅UNIX网络编程⟆⦔TCP客户/服务器程序实例(三)

说在前面

• 环境: WSL、ubuntu16
• 参考: UNIX网络编程
• 目录：这里
• 其他：这里将书上的几种服务端终止的情况放进该篇，而第二部分（⟅UNIX网络编程⟆⦔TCP客户/服务器程序实例(二)）是正常的交互过程。其他如子进程的处理、accept终止等相当于补充。

服务器进程终止

• 模拟方式
  正常启动服务端、客户端，验证双方功能正常后杀死服务器子进程。
• 详细过程

1. 在同一个主机上同时启动服务端以及客户端，并在客户端键入一行文本，验证双方一切正常。（该服务器与客户端功能见⟅UNIX网络编程⟆⦔TCP客户/服务器程序实例(一)）

2. 找到服务器子进程的进程ID，并使用kill命令杀死该进程。作为进程终止处理的部分工作，子进程所有打开的描述符都被关闭。这就导致服务端TCP向客户发送一个FIN，客户TCP则响应一个ACK。
   

   (第一行为主进程，第二行为子进程)

3. 子进程终止，SIGCHLD信号被发送给服务器主（父）进程，正常回收。
   

4. 客户端上没有任何特殊事件发生。客户TCP接收来自服务器TCP的FIN并响应一个ACK；但是此时客户进程阻塞在fgets调用上，等待标准输入。

5. 此时，在另一个窗口上运行netstat命令，观察套接字的状态。
   
   第二行为服务端 (主动关闭，进入FIN_WAIT状态) ，第三行为客户端 (被动关闭，进入CLOSE_WAIT状态) 。

6. 在客户端上键入一行文本，结果如下
   

   (输入bye前将服务器进程终止) 客户端再次键入数据后，str_cli调用writen，客户TCP接着将数据发送给服务器（客户TCP接收到FIN只是表示服务器进程已关闭了连接的服务器端，服务器进程不再往其中发送数据。FIN的接收并没有告知客户TCP服务器进程已经终止，虽然本例中服务器子进程已经终止）。 当服务器TCP接收到来自客户的数据时，由于先前打开对应套接字的进程已经终止，于是服务器TCP响应一个RST。 可以使用tcpdump命令抓取该RST包。

7. 但是这个RST客户端进程看不到。
   见如下客户端代码，客户进程在调用writen后立即调用readline函数，但是由于客户端在第2步收到的FIN，客户端已经了解了服务端连接已经关闭，所以readline立即返回0(表示EOF)。这个EOF导致执行err_quit函数，输出"server terminated prematurely"(服务器过早终止)并退出。

   void
   str_cli(FILE *fp, int sockfd)
   {
       char    sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
   
       while(Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
       {
           Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));
   
           if(Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)
               err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
   
           Fputs(recvline, stdout);
       }
   }
   

8. 当客户端进程终止后，进程所有打开着的描述符被关闭。

• 代码

  • 代码使用之前的

• SIGPIPE信号
  若客户端不理会readline函数返回的错误，反而向服务器写入更多的数据，多次写操作中的第一次写操作引发RST，接着内核会向进程发送一个SIGPIPE信号。

  当一个进程向某个已经收到RST的套接字执行写操作时，内核向进程发送一个SIGPIPE信号。该信号的默认行为是终止进程，因此进程必须捕获它以免意外终止。

服务器主机崩溃

• 模拟方式
  分别在两个主机上运行客户端、服务端，验证双方功能正常后断开服务端网络。
  (这里实验的设备为一台pc_客户端以及一台树莓派_服务端)
• 详细过程

1. 当服务器主机崩溃时，已有的网络连接上发不出任何数据。(服务器崩溃与服务器关机有一定区别)

2. 在两个主机上运行客户端、服务端。在客户端键入一行文本，验证双方一切正常。（该服务器与客户端功能见⟅UNIX网络编程⟆⦔TCP客户/服务器程序实例(一)）
   

3. 断开服务器的网络连接，直接拔网线或者关wifi

4. 在客户端上键入一行文本，由writen写入内核，再由客户TCP作为数据分节发送出去。此时客户进程阻塞于readline调用，等待服务器响应。

5. 此时使用tcpdump抓包，可以看到客户TCP持续重发数据分节，试图从TCP服务器接收一个ACK (源自Berkeley的TCP实现会重传数据分节12次，共等待约9分钟后终止，下图显示的结果与上述说明不同，可能实现不同)。

   tcpdump -nn -i wlp2s0 -w data.txt
   # nn 表示显示的数据格式
   # -i 网卡设备名 这里是wlp2s0 可以使用ifconfig命令查看
   # -w data.txt 表示写入到文件data.txt
   

   tcpdump -r data.txt
   # 解析并显示data.txt文件中的数据包
   

   
   (可以看到在断开服务器wifi后pc主机不断重发，最后是ARP信息)
   当客户TCP最终放弃 (在这段时间内服务器并未重启或者服务器依旧不可达)，给客户进程返回一个错误。由于此时客户进程阻塞在readline调用，该函数也返回一个错误。
   若服务器崩溃，对客户的数据分节没有响应，那么该错误为ETIMEOUT；若某个中间路由器判定服务器不可达，继而响应一个"desitination unreachable"的ICMP消息，那么该错误为EHOSTUNREACH或ENETUNREACH。
   尽管客户端最终还是会发现服务器崩溃或者不可达，但有的时候需要在更快的时间内确定，这时我们可以对readline设置一个超时。

服务器主机崩溃后重启

• 模拟方式
  分别在两个主机上运行客户端、服务端，验证双方功能正常后断开服务端网络，服务端主机关机；之后重启服务端主机并连接网络。
• 详细过程

1. 在不同主机分别运行客户端以及服务端，在客户端键入一行文本验证双方功能完整。
2. 服务端主机断开网络、重启、连接网络(模拟崩溃重启)。
3. 在客户端再次键入一行文本，它将作为一个数据分节被发送到服务器。
4. 服务器主机崩溃重启后，其TCP丢失了崩溃前的所有连接信息，故而TCP对所有到达的数据分节响应一个RST。
5. 当客户TCP收到RST时，客户正阻塞于readline调用，导致该调用返回ECONNRESET错误。
   若对于客户端来说检测服务器是否崩溃十分重要，那么要求客户端不主动发送数据也能检测出来，因此需要一些其他手段(例如SO_KEEPALIVE选项或心跳函数)

服务器主机关机

• 模拟方式
  关机即可。
• 详细过程
  UNIX系统关机时，init进程通常会给所有进程先发送SIGTERM信号 (该信号可以被捕获) ，等待一段固定的时间 (通常为5s-20s) ，然后给所有仍在运行的进程发送SIGKILL信号 (该信号不可被捕获) 。
  若不捕获SIGTERM信号，服务器进程将被SIGKILL终止，该过程与 服务器进程终止 相同。

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