【计算机网络】网络编程接口 Socket API 解读（11）

         Socket 是网络协议栈暴露给编程人员的 API，相比复杂的计算机网络协议，API 对关键操作和配置数据进行了抽象，简化了程序编程。

        本文讲述的 socket 内容源自 Linux man。本文主要对各 API 进行详细介绍，从而更好的理解 socket 编程。

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shutdown(2)

遵循 POSIX.1-2008

1.库

标准 c 库，libc, -lc

2.头文件

<sys/socket.h>

3.接口定义

int shutdown(int sockfd, int how);

4.接口描述

       shutdown() 调用会将 sockfd 指定的套接字上全双工连接上的一端或者两端关闭。如果 how 指定为 SHUT_RD，那么套接字上将不允许接收；如果 how 指定为 SHUT_WR，那么套接字上将不允许发送。如果 how 是 SHUT_RDWR，那么发送和接收都不允许。

5.返回值

       成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。 

6.注意

        SHUT_RD、SHUT_WR、SHUT_RDWR 的值分别为 0、1、2，在 glibc-2.1.91 <sys/socket.h> 中定义。

        how 的合法性检查会在相关的域代码中进行，但是 Linux 3.7 前并不是所有的域都会进行可用性检查。Linux 域套接字直接会忽略不可用的值，Linux 3.7 后这个问题修复了。

 close(2)

遵顼 POSIX.1-2008

1.库

标准 c 库，libc, -lc

2.头文件

<unistd.h>

3.接口定义

int close(int fd);

4.接口描述

       close() 会关闭一个文件描述符，关闭的描述符不再指向任何文件，关闭后可以重新使用该文件描述符。文件上和文件描述符相关的由该进程所有的记录锁（参考 fcntl(2))将会被移除（不管是用哪个文件描述符获得的该锁）。

        如果 fd 是最后一个指向底层打开的文件描述的描述符(参考 open(2)），打开文件描述的相关资源都会被释放；如果文件描述符是最后一个指向通过 unlink(2) 移除的文件，那么文件会被删除。

5.返回值

       成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。 

        错误列表如下：

        EBADF        fd 不是一个可用的文件描述符

        EINTR         close() 被中断打断；参考 signal(7)

        EIO              I/O 错误发生

        ENOSPE、EDQUOT

                在 NFS 上，第一次超出可用空间的写不会报告这些错误，而是在接下来的 write(2)、fsync(2) 或者 close(2) 时报告这些错误。可以参考注意部分查看为什么 close() 在报错后不能再次重试。

6.注意

        成功关闭文件描述符并不保证数据成功同步到磁盘上，因为内核会使用缓冲区来做延迟写。通常情况下，文件系统不会在文件关闭时同步这些缓冲区到磁盘上。如果我们想确信数据被存储到底层磁盘，使用 fsync(2) 先进行同步。（从这一点上，也依赖磁盘硬件）。

        如果文件描述符标记指定了 close-on-exec，那么就可以保证文件在执行 execve(2) 时自动关闭。参考 fcntl(2) 查看详细信息。

        多线程进程和 close()

        一个进程中如果有其他线程在使用系统调用访问文件描述符，那么通过 close 关闭文件描述符是非常不明智的。因为文件描述符可以重用，一些条件竞争就可能会导致一些意想不到的结果。

        此外，我们可以考虑下面两个线程操作同一个文件描述符的场景：

        （1）一个线程正在阻塞在文件描述符的系统调用上，比如向一个满了的管道尝试 write(2) 写，或者从一个没有数据的流套接字上 read(2) 读。

        （2）另一个线程关闭这个文件描述符

        这种情况在不同的系统上的行为是不一样的，一些系统上一旦文件描述符关闭，其他阻塞系统调用就会返回错误。

        在 Linux 以及另一个系统上，行为是不同的：阻塞的 I/O 系统调用一直持有底层打开的文件描述，直到 I/O 系统调用结束。（参考 open(2) 关于打开文件描述的讨论。）因此，阻塞系统调用完全可能在 close() 后仍然成功返回。

        close() 返回错误处理

        编程人员需要检查 close() 的返回值，因为很可能之前 write(2) 的错误只能在最后的 close() 要释放文件描述时才会报告。不检查错误返回值可能会导致一些数据偷偷的丢掉，这种情况在 NFS 和磁盘配额时是常见的。

        然而这些错误返回值只能用来诊断（即向应用发出警告：可能仍然有一些等待的 I/O 或者 I/O 失败）以及重播目的（即再写一次文件或者创建备份）。

        失败后重试 close() 是不可行的，因为文件描述符可能会被其他线程重用，导致误关闭其他线程文件描述符，这主要是因为内核会首先释放文件描述符，然后再进行一些会返回错误的操作，比如将数据刷新到文件系统或设备。

        一些其他系统实现也会再报告错误的情况下关闭文件描述符（除了 EBADF，表示文件描述符不可用）。POSIX.1 目前对这点并没有提出什么，不过可能在下一个主版本会授权这种做法。

        我们可以通过在发生错误的 close(2) 后调用 fsysnc(2) 来了解具体是发生了什么 I/O 错误。

        EINTR 错误有点特殊，关于这个错误，POSIX.1-2008 的说法是：

如果 close() 被能被捕捉到的信号中断，它应该返回 -1 并将 errno 设置为 EINTR，fildes 状态未指定

        这就允许 Linux 以及其他实现上可以像处理其他错误一样处理这个错误，文件描述符保证被关闭了。然而，也允许返回 EINTR 后仍然保持文件描述符是打开的。（HP-UX 的 close() 就是这样的。）调用者必须重新使用 close() 来关闭文件描述符，避免文件描述符泄露。这种实现的不同导致了程序移植性问题，因为其他实现在失败后不允许重新 close()。下一个 POSIX.1 的主版本也会解决这个问题。