我们知道，一个 TCP 连接需要经过三次握手进入数据传输阶段，最后来到连接关闭阶段。在最后的连接关闭阶段，我们需要重点关注的是“半连接”状态。因为 TCP 是双向的，这里说的方向，指的是数据流的写入 - 读出的方向。比如客户端到服务器端的方向，指的是客户端通过套接字接口，向服务器端发送 TCP 报文；而服务器端到客户端方向则是另一个传输方向。在绝大数情况下，TCP 连接都是先关闭一个方向，此时另外一个方向还是可以正常进行数据传输。
当客户端主动发起连接的中断，将自己到服务器端的数据流方向关闭，此时，客户端不再往服务器端写入数据，服务器端读完客户端数据后就不会再有新的报文到达。但这并不意味着，TCP 连接已经完全关闭，很有可能的是，服务器端正在对客户端的最后报文进行处理，比如去访问数据库，存入一些数据；或者是计算出某个客户端需要的值，当完成这些操作之后，服务器端把结果通过套接字写给客户端，我们说这个套接字的状态此时是“半关闭”的。最后，服务器端才有条不紊地关闭剩下的半个连接，结束这一段 TCP 连接的使命。
这里描述的，是服务器端“优雅”地关闭了连接。如果服务器端处理不好，就会导致最后的关闭过程是“粗暴”的，达不到我们上面描述的“优雅”关闭的目标，形成的后果，很可能是服务器端处理完的信息没办法正常传送给客户端，破坏了用户侧的使用场景。
close函数
int close(int sockfd) //对已连接的套接字执行 close 操作就可以，若成功则为 0，若出错则为 -1。套接字引用计数是什么意思呢？因为套接字可以被多个进程共享，你可以理解为我们给每个套接字都设置了一个积分，如果我们通过 fork 的方式产生子进程，套接字就会积分 +1， 如果我们调用一次 close 函数，套接字积分就会 -1。这就是套接字引用计数的含义。
close 函数具体是如何关闭两个方向的数据流呢？
在输入方向，系统内核会将该套接字设置为不可读，任何读操作都会返回异常。
在输出方向，系统内核尝试将发送缓冲区的数据发送给对端，并最后向对端发送一个 FIN 报文，接下来如果再对该套接字进行写操作会返回异常。
如果对端没有检测到套接字已关闭，还继续发送报文，就会收到一个 RST 报文，告诉对端：“Hi, 我已经关闭了，别再给我发数据了。”
我们会发现，close 函数并不能帮助我们关闭连接的一个方向，那么如何在需要的时候关闭一个方向呢？幸运的是，设计 TCP 协议的人帮我们想好了解决方案，这就是 shutdown 函数。
shutdown函数
int shutdown(int sockfd, int howto) // 对已连接的套接字执行 shutdown 操作，若成功则为 0，若出错则为 -1。howto 是这个函数的设置选项，它的设置有三个主要选项：
- SHUT_RD(0)：关闭连接的“读”这个方向，对该套接字进行读操作直接返回 EOF。从数据角度来看，套接字上接收缓冲区已有的数据将被丢弃，如果再有新的数据流到达，会对数据进行 ACK，然后悄悄地丢弃。也就是说，对端还是会接收到 ACK，在这种情况下根本不知道数据已经被丢弃了。
- SHUT_WR(1)：关闭连接的“写”这个方向，这就是常被称为”半关闭“的连接。此时，不管套接字引用计数的值是多少，都会直接关闭连接的写方向。套接字上发送缓冲区已有的数据将被立即发送出去，并发送一个 FIN 报文给对端。应用程序如果对该套接字进行写操作会报错。
- SHUT_RDWR(2)：相当于 SHUT_RD 和 SHUT_WR 操作各一次，关闭套接字的读和写两个方向。
讲到这里，不知道你是不是有和我当初一样的困惑，使用 SHUT_RDWR 来调用 shutdown 不是和 close 基本一样吗，都是关闭连接的读和写两个方向。
close 和 shutdown 的差别
第一个差别：close 会关闭连接，并释放所有连接对应的资源，而 shutdown 并不会释放掉套接字和所有的资源。
第二个差别：close 存在引用计数的概念，并不一定导致该套接字不可用；shutdown 则不管引用计数，直接使得该套接字不可用，如果有别的进程企图使用该套接字，将会受到影响。
第三个差别：close 的引用计数导致不一定会发出 FIN 结束报文，而 shutdown 则总是会发出 FIN 结束报文，这在我们打算关闭连接通知对端的时候，是非常重要的。
实验体会 close 和 shutdown 的差别
下面，我们通过构建一组客户端和服务器程序，来进行 close 和 shutdown 的实验。
客户端程序，从标准输入不断接收用户输入，把输入的字符串通过套接字发送给服务器端，同时，将服务器端的应答显示到标准输出上。在这里，我们会第一次接触到 select 多路复用，这里不展开讲，你只需要记住，使用 select 使得我们可以同时完成对连接套接字和标准输入两个 I/O 对象的处理。
/*client code*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#define MESSAGE_SIZE 10240000
#define MAXLINE 4096
int main() {
int sockfd;
int connect_rt;
struct sockaddr_in serv_addr;
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(7878);
inet_pton(AF_INET, "192.168.133.131", &serv_addr.sin_addr);
connect_rt = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
if (connect_rt < 0)
{
fprintf(stderr, "Connect failed !\n");
exit(0);
}
char send_line[MAXLINE], recv_line[MAXLINE + 1];
int n;
fd_set readmask;
fd_set allreads;
FD_ZERO(&allreads);
FD_SET(0, &allreads); // add stdin->0 to allreads
FD_SET(sockfd, &allreads); // add sockfd to addreads
for (;;) {
readmask = allreads;
int rc = select(sock_fd + 1, &readmask, NULL, NULL, NULL);
if (rc <= 0)
error(1, errno, "select failed");
if (FD_ISSET(socket_fd, &readmask)) {
n = read(socket_fd, recv_line, MAXLINE);
if (n < 0) { //如果有异常则报错退出
fprintf(stderr, "read error\n");
exit(0);
} else if (n == 0) { //如果读到服务器端发送的 EOF 则正常退出
fprintf(stderr, "server terminated\n");
exit(0);
}
recv_line[n] = 0;
fputs(recv_line, stdout);
fputs("\n", stdout);
}
if (FD_ISSET(0, &readmask)) {
if (fgets(send_line, MAXLINE, stdin) != NULL) {
/*
当标准输入上有数据可读，读入后进行判断。如果输入的是“shutdown”，则关闭标准输入的 I/O
事件感知，并调用 shutdown 函数关闭写方向；如果输入的是”close“，则调用 close 函数关闭
连接
*/
if (strncmp(send_line, "shutdown", 8) == 0) {
FD_CLR(0, &allreads);
if (shutdown(socket_fd, 1)) {
printf("shutdown failed");
}
} else if (strncmp(send_line, "close", 5) == 0) {
FD_CLR(0, &allreads);
if (close(socket_fd)) {
printf("shutdown failed");
}
sleep(6);
exit(0);
} else {
int i = strlen(send_line);
if (send_line[i - 1] == '\n') {
send_line[i - 1] = 0;
}
printf("now sending %s\n", send_line);
size_t rt = write(socket_fd, send_line, strlen(send_line));
printf("send bytes: %zu \n", rt);
}
}
}
}
}/*server code*/
#include <sys/types.h> /* basic system data types */
#include <sys/socket.h> /* basic socket definitions */
#include <netinet/in.h> /* sockaddr_in{} and other Internet defns */
#include <arpa/inet.h> /* inet(3) functions */
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h> /* for convenience */
static int count;
static void sig_int(int signo)
{
printf("\nreceived %d datagrams\n", count);
exit(0);
}
int main()
{
int listenfd, connfd;
socklen_t cli_addr_len;
struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
bzero(&cli_addr, sizeof(cli_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(7878);
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bind(listenfd, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
listen(listenfd, SOMAXCONN);
signal(SIGINT, sig_int);
signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr* )&cli_addr, &cli_addr_len);
char message[4096];
count = 0;
for(;;){
int n = read(connfd, message, 4096);
if(n < 0){
printf("error read\n");
exit(0);
}else if(n == 0){
printf("client closed\n");
exit(0);
}
message[n] = 0;
printf("received %d bytes: %s\n", n, message);
count ++;
char send_line[4096];
sprintf(send_line, "Hi, %s", message);
sleep(5);
int write_nc = send(connfd, send_line, strlen(send_line), 0);
printf("send bytes: %d \n", write_nc);
}
return 0;
}我们启动服务器，再启动客户端，依次在标准输入上输入 data1、data2 和 close，观察一段时间后我们看到：
close:
# ./tcp_client
data1
now sending data1
send bytes: 5
data2
now sending data2
send bytes: 5
close# ./tcp_server
received 5 bytes: data1
send bytes: 9
received 5 bytes: data2
send bytes: 9
client closedshutdown:
# ./tcp_client
data1
now sending data1
send bytes: 5
data2
now sending data2
send bytes: 5
shutdown
Hi, data1
Hi, data2
server terminated# ./tcp_server
received 5 bytes: data1
send bytes: 9
received 5 bytes: data2
send bytes: 9
client closed下面分别展示了close 和 shutdown 场景的 时序图：
这张图详细解释了客户端和服务器端交互的时序图。
左边显示客户端调用 close 函数关闭了整个连接，当服务器端发送的“Hi, data1”分组到底时，客户端给回送一个 RST 分组；服务器端再次尝试发送“Hi, data2”第二个应答分组时，系统内核通知 SIGPIPE 信号。这是因为，在 RST 的套接字进行写操作，会直接触发 SIGPIPE 信号。
右边显示服务器端输出了 data1、data2；客户端也输出了“Hi,data1”和“Hi,data2”，客户端和服务器端各自完成了自己的工作后，正常退出。因为客户端调用 shutdown 函数只是关闭连接的一个方向，服务器端到客户端的这个方向还可以继续进行数据的发送和接收，所以“Hi,data1”和“Hi,data2”都可以正常传送；当服务器端读到 EOF 时，立即向客户端发送了 FIN 报文，客户端在 read 函数中感知了 EOF，也进行了正常退出。
注：在今天的服务器端程序中，直接调用exit(0)完成了 FIN 报文的发送，这是为什么呢？为什么不调用 close 函数或 shutdown 函数呢？
因为在调用exit之后进程会退出，而进程相关的所有的资源，文件，内存，信号等内核分配的资源都会被释放，在linux中，一切皆文件，本身socket就是一种文件类型，内核会为每一个打开的文件创建file结构并维护指向改结构的引用计数，每一个进程结构中都会维护本进程打开的文件数组，数组下标就是fd，内容就指向上面的file结构，close本身就可以用来操作所有的文件，做的事就是，删除本进程打开的文件数组中指定的fd项，并把指向的file结构中的引用计数减一，等引用计数为0的时候，就会调用内部包含的文件操作close，针对于socket，它内部的实现应该就是调用shutdown，只是参数是关闭读写端，从而比较粗暴的关闭连接。
温故而知新 ！
