Книга: UNIX: разработка сетевых приложений

Параметр сокета SO_LINGER

Параметр сокета SO_LINGER

Этот параметр определяет, как работает функция close для протоколов, ориентированных на установление соединения (например, TCP и SCTP, но не UDP). По умолчанию функция close возвращает управление немедленно, но если в отправляющем буфере сокета остаются какие-либо данные, система попытается доставить данные собеседнику.

Параметр сокета SO_LINGER позволяет нам изменять поведение по умолчанию. Для этого необходимо, чтобы между пользовательским процессом и ядром была передана следующая структура, определяемая в заголовочном файле <sys/socket.h>:

struct linger {
 int l_onoff; /* 0=off, ненулевое значение=on */ int l_linger;
              /* время ожидания, в POSIX измеряется в секундах */
};

Вызов функции setsockopt приводит к одному из трех следующих сценариев в зависимости от значений двух элементов структуры linger.

1. Если l_onoff  имеет нулевое значение, параметр выключается. Значение l_linger игнорируется и применяется ранее рассмотренный заданный по умолчанию сценарий TCP: функция close завершается немедленно.

2. Если значение l_onoff ненулевое, а l_linger равно нулю, TCP сбрасывает соединение, когда оно закрывается [128, с. 1019–1020], то есть TCP игнорирует все данные, остающиеся в буфере отправки сокета, и отправляет собеседнику сегмент RST, а не обычную последовательность завершения соединения, состоящую из четырех пакетов (см. раздел 2.5). Пример мы покажем в листинге 16.14. Тогда не наступает состояние TCP TIME_WAIT, но из-за этого возникает возможность создания другого воплощения (incarnation) этого соединения в течение 2MSL секунд (удвоенное максимальное время жизни сегмента). Оставшиеся старые дублированные сегменты из только что завершенного соединения могут быть доставлены новому воплощению, что приведет к ошибкам (см. раздел 2.6).

При указанных выше значениях l_onoff и l_linger SCTP также выполняет аварийное закрытие сокета, отправляя собеседнику пакет ABORT (см. раздел 9.2 [117]).

3. Если оба значения — l_onoff и l_linger — ненулевые, то при закрытии сокета ядро будет ждать (linger) [128, с. 472]. То есть если в буфере отправки сокета еще имеются какие-либо данные, процесс входит в состояние ожидания до тех пор, пока либо все данные не будут отправлены и подтверждены другим концом TCP, либо не истечет время ожидания. Если сокет был установлен как неблокируемый (см. главу 16), он не будет ждать завершения выполнения функции close, даже если время задержки ненулевое. При использовании этого свойства параметра SO_LINGER приложению важно проверить значение, возвращаемое функцией close. Если время ожидания истечет до того, как оставшиеся данные будут отправлены и подтверждены, функция close возвратит ошибку EWOULDBLOCK и все данные, оставшиеся в буфере отправки сокета, будут сброшены.

Теперь нам нужно точно определить, когда завершается функция close на сокете в различных сценариях, которые мы рассмотрели. Предполагается, что клиент записывает данные в сокет и вызывает функцию close. На рис. 7.1 показана ситуация по умолчанию.

Рис. 7.1. Действие функции close, заданное по умолчанию: немедленное завершение

Мы предполагаем, что когда приходят данные клиента, сервер временно занят. Поэтому данные добавляются в приемный буфер сокета его протоколом TCP. Аналогично, следующий сегмент (сегмент FIN клиента) также добавляется к приемному буферу сокета (каким бы образом реализация ни сохраняла сегмент FIN). Но по умолчанию клиентская функция close сразу же завершается. Как мы показываем в этом сценарии, клиентская функция close может завершиться перед тем, как сервер прочитает оставшиеся данные в приемном буфере его сокета. Если узел сервера выйдет из строя перед тем, как приложение-сервер считает оставшиеся данные, клиентское приложение никогда об этом не узнает.

Клиент может установить параметр сокета SO_LINGER, задав некоторое положительное время задержки. Когда это происходит, клиентская функция close не завершается до тех пор, пока все данные клиента и его сегмент FIN не будут подтверждены протоколом TCP сервера. Мы показываем это на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Закрытие сокета с параметром SO_LINGER и положительным l_linger

Но у нас остается та же проблема, что и на рис. 7.1: если на узле сервера происходит сбой до того, как приложение-сервер считает оставшиеся данные, клиентское приложение никогда не узнает об этом. Еще худший вариант развития событий показан на рис. 7.3, где значение SO_LINGER было установлено слишком маленьким.

Рис. 7.3. Закрытие сокета с параметром SO_LINGER при малом положительном l_linger

Основным принципом взаимодействия является то, что успешное завершение функции close с установленным параметром сокета SO_LINGER говорит нам лишь о том, что данные, которые мы отправили (и наш сегмент FIN) подтверждены протоколом TCP собеседника. Но это не говорит нам, прочитало ли данные приложение собеседника. Если мы не установим параметр сокета SO_LINGER, мы не будем знать, подтвердил ли другой конец TCP отправленные ему данные.

Чтобы узнать, что сервер прочитал данные клиента, клиент может вызвать функцию shutdown (со вторым аргументом SHUT_WR) вместо функции close и ждать, когда собеседник закроет с помощью функции close свой конец соединения. Этот сценарий показан на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Использование функции shutdown для проверки того, что собеседник получил наши данные

Сравнивая этот рисунок с рис. 7.1 и 7.2, мы видим, что когда мы закрываем наш конец соединения, то в зависимости от вызванной функции (close или shutdown) и от того, установлен или нет параметр сокета SO_LINGER, завершение может произойти в один из трех различных моментов времени: '

1. Функция close завершается немедленно, без всякого ожидания (сценарий, заданный по умолчанию, см. рис. 7.1).

2. Функция close задерживается до тех пор, пока не будет получен сегмент ACK, подтверждающий получение сервером сегмента FIN от клиента (см. рис. 7.2).

3. Функция shutdown, за которой следует функция read, ждет, когда мы получим сегмент FIN собеседника (в данном случае сервера) (см. рис. 7.2).

Другой способ узнать, что приложение-собеседник прочитало наши данные, — использовать подтверждение на уровне приложения, или ACK приложения. Например, клиент отправляет данные серверу и затем вызывает функцию read для одного байта данных:

char ack;
Write(sockfd, data, nbytes); /* данные от клиента к серверу */
n = Read(sockfd, &ack, 1);   /* ожидание подтверждения на уровне приложения */

Сервер читает данные от клиента и затем отправляет ему 1-байтовый сегмент — подтверждение на уровне приложения:

nbytes = Read(sockfd, buff, sizeof(buff)); /* данные от клиента */
/* сервер проверяет, верное ли количество данных он получил от клиента */
Write(sockfd, 1); /* сегмент ACK сервера возвращается клиенту */

Таким образом, мы получаем гарантию, что на момент завершения функции read на стороне клиента процесс сервера прочитал данные, которые мы отправили. (При этом предполагается, что либо сервер знает, сколько данных отправляет клиент, либо существует некоторый заданный приложением маркер конца записи, который мы здесь не показываем.) В данном случае сегмент ACK на уровне приложения представляет собой нулевой байт, но вообще содержимое этого сегмента можно использовать для передачи от сервера к клиенту сообщений о других условиях. На рис. 7.5 показан возможный обмен пакетами.

Рис. 7.5. ACK приложения

В табл. 7.4 описаны два возможных вызова функции shutdown и три возможных вызова функции close, а также их влияние на сокет TCP.

Таблица 7.4. Итоговая таблица сценариев функции shutdown и параметров сокета SO_LINGER

Оглавление книги