为什么 muduo 的 shutdown() 没有直接关闭 TCP 连接？

陈硕 (giantchen_AT_gmail)

Blog.csdn.net/Solstice

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今天收到一位网友来信：

在 simple 中的 daytime 示例中，服务端主动关闭时调用的是如下函数序列，这不是只是关闭了连接上的写操作吗，怎么是关闭了整个连接？

   1: void DaytimeServer::onConnection(const muduo::net::TcpConnectionPtr& conn)

<!--CRLF-->

   2: {

<!--CRLF-->

   3:   if (conn->connected())

<!--CRLF-->

   4:   {

<!--CRLF-->

   5:     conn->send(Timestamp::now().toFormattedString() + "\n");

<!--CRLF-->

   6:     conn->shutdown();

<!--CRLF-->

   7:   }

<!--CRLF-->

   8: }

<!--CRLF-->

   9: 

<!--CRLF-->

  10: void TcpConnection::shutdown()

<!--CRLF-->

  11: {

<!--CRLF-->

  12:   if (state_ == kConnected)

<!--CRLF-->

  13:   {

<!--CRLF-->

  14:     setState(kDisconnecting);

<!--CRLF-->

  15:     loop_->runInLoop(boost::bind(&TcpConnection::shutdownInLoop, this));

<!--CRLF-->

  16:   }

<!--CRLF-->

  17: }

<!--CRLF-->

  18: 

<!--CRLF-->

  19: void TcpConnection::shutdownInLoop()

<!--CRLF-->

  20: {

<!--CRLF-->

  21:   loop_->assertInLoopThread();

<!--CRLF-->

  22:   if (!channel_->isWriting())

<!--CRLF-->

  23:   {

<!--CRLF-->

  24:     // we are not writing

<!--CRLF-->

  25:     socket_->shutdownWrite();

<!--CRLF-->

  26:   }

<!--CRLF-->

  27: }

<!--CRLF-->

  28:  

<!--CRLF-->

  29: void Socket::shutdownWrite()

<!--CRLF-->

  30: {

<!--CRLF-->

  31:   sockets::shutdownWrite(sockfd_);

<!--CRLF-->

  32: }

<!--CRLF-->

  33:  

<!--CRLF-->

  34: void sockets::shutdownWrite(int sockfd)

<!--CRLF-->

  35: {

<!--CRLF-->

  36:   if (::shutdown(sockfd, SHUT_WR) < 0)

<!--CRLF-->

  37:   {

<!--CRLF-->

  38:     LOG_SYSERR << "sockets::shutdownWrite";

<!--CRLF-->

  39:   }

<!--CRLF-->

  40: }

<!--CRLF-->

陈硕答复如下：

Muduo TcpConnection 没有提供 close，而只提供 shutdown ，这么做是为了收发数据的完整性。

TCP 是一个全双工协议，同一个文件描述符既可读又可写， shutdownWrite() 关闭了“写”方向的连接，保留了“读”方向，这称为 TCP half-close。如果直接 close(socket_fd)，那么 socket_fd 就不能读或写了。

用 shutdown 而不用 close 的效果是，如果对方已经发送了数据，这些数据还“在路上”，那么 muduo 不会漏收这些数据。换句话说，muduo 在 TCP 这一层面解决了“当你打算关闭网络连接的时候，如何得知对方有没有发了一些数据而你还没有收到？”这一问题。当然，这个问题也可以在上面的协议层解决，双方商量好不再互发数据，就可以直接断开连接。

等于说 muduo 把“主动关闭连接”这件事情分成两步来做，如果要主动关闭连接，它会先关本地“写”端，等对方关闭之后，再关本地“读”端。练习：阅读代码，回答“如果被动关闭连接，muduo 的行为如何？” 提示：muduo 在 read() 返回 0 的时候会回调 connection callback，这样客户代码就知道对方断开连接了。

Muduo 这种关闭连接的方式对对方也有要求，那就是对方 read() 到 0 字节之后会主动关闭连接（无论 shutdownWrite() 还是 close()），一般的网络程序都会这样，不是什么问题。当然，这么做有一个潜在的安全漏洞，万一对方故意不不关，那么 muduo 的连接就一直半开着，消耗系统资源。

完整的流程是：我们发完了数据，于是 shutdownWrite，发送 TCP FIN 分节，对方会读到 0 字节，然后对方通常会关闭连接，这样 muduo会读到 0 字节，然后 muduo 关闭连接。（思考题，在 shutdown() 之后，muduo 回调 connection callback 的时间间隔大约是一个 round-trip time，为什么？）

另外，如果有必要，对方可以在 read() 返回 0 之后继续发送数据，这是直接利用了 half-close TCP 连接。muduo 会收到这些数据，通过 message callback 通知客户代码。

那么 muduo 什么时候真正 close socket 呢？在 TcpConnection 对象析构的时候。TcpConnection 持有一个 Socket 对象，Socket 是一个 RAII handler，它的析构函数会 close(sockfd_)。这样，如果发生 TcpConnection 对象泄漏，那么我们从 /proc/pid/fd/ 就能找到没有关闭的文件描述符，便于查错。

muduo 在 read() 返回 0 的时候会回调 connection callback，然后把 TcpConnection 的引用计数减一，如果 TcpConnection 的引用计数降到零，它就会析构了。

参考：

《TCP/IP 详解》第一卷第 18.5 节，TCP Half-Close。

《UNIX 网络编程》第一卷第三版第 6.6 节， shutdown() 函数。