一个有关tcp的非常有意思的问题
假设以下场景：
在tcp建立连接后，先主动关闭其服务端，之后再在客户端下对其socket进行写操作，正常思维都会认为，这个写操作肯定会返回错误吧？
还真不一定。
今天在写代码时就遇到了这个问题，还纠结了挺久的，最后翻了下linux内核源码，才确定了答案。
先用下面的程序模拟下这个场景：
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <strings.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int tcp_connect() {
int sockfd, err;
struct sockaddr_in addr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
assert(sockfd != -1);
bzero(&addr, sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
addr.sin_port = htons(9999);
err = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
assert(err == 0);
return sockfd;
}
int main(int argc, char **argv) {
int n;
int sockfd = tcp_connect();
signal(SIGPIPE, SIG_IGN); // 防止write触发SIGPIPE，便于测试
printf("请于5秒钟内关闭服务端...\n");
sleep(5);
// write 1
n = write(sockfd, "hello\n", 6);
if (n == -1) {
perror("第一次write失败");
return -1;
}
assert(n == 6);
printf("第一次write成功!\n");
sleep(1); // 确保客户端收到tcp的reset消息
// write 2
n = write(sockfd, "world\n", 6);
if (n == -1) {
perror("第二次write失败");
return -1;
}
assert(n == 6);
printf("第二次write成功!\n");
return 0;
}这段程序代表客户端，服务端就用ncat来模拟。
下面是执行流程：
先打开一个terminal，用ncat开一个服务端：
$ ncat -l 9999再打开另一个terminal，编译上面的程序，然后执行：
$ gcc main.c
$ ./a.out
请于5秒钟内关闭服务端...
第一次write成功!
第二次write失败: Broken pipe当客户端提示关闭服务端时，要切换到对应的terminal，关闭服务端。
从上面的输出可以看到，之后的两次写，第一次成功了，第二次才失败。
奇怪吧。
我们用tcpdump抓包看下，第一次是否是真的写成功了：
$ sudo tcpdump -i any -n# port 9999
1 17:59:07.812599 IP 127.0.0.1.51614 > 127.0.0.1.9999: Flags [S], seq 1076934668, win 65495, options [mss 65495,sackOK,TS val 134308422 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
2 17:59:07.812648 IP 127.0.0.1.9999 > 127.0.0.1.51614: Flags [S.], seq 3833531274, ack 1076934669, win 65483, options [mss 65495,sackOK,TS val 134308422 ecr 134308422,nop,wscale 7], length 0
3 17:59:07.812691 IP 127.0.0.1.51614 > 127.0.0.1.9999: Flags [.], ack 1, win 512, options [nop,nop,TS val 134308422 ecr 134308422], length 0
4 17:59:09.832579 IP 127.0.0.1.9999 > 127.0.0.1.51614: Flags [F.], seq 1, ack 1, win 512, options [nop,nop,TS val 134310442 ecr 134308422], length 0
5 17:59:09.835181 IP 127.0.0.1.51614 > 127.0.0.1.9999: Flags [.], ack 2, win 512, options [nop,nop,TS val 134310445 ecr 134310442], length 0
6 17:59:12.813697 IP 127.0.0.1.51614 > 127.0.0.1.9999: Flags [P.], seq 1:7, ack 2, win 512, options [nop,nop,TS val 134313423 ecr 134310442], length 6
7 17:59:12.813735 IP 127.0.0.1.9999 > 127.0.0.1.51614: Flags [R], seq 3833531276, win 0, length 0还真是成功了，看上面第6个包，发送的数据长度是6，即：我们代码中的hello\n。
这里大概解释下tcpdump的输出：
前三个包是tcp的三次握手，完成之后代表tcp建立连接成功。
第四个包是我们在关闭服务端时，服务端发给客户端的fin包，表示关闭连接请求。
第五个包是客户端发给服务端的tcp层的ack，表示已经收到fin包。
第六个包是客户端发给服务端的hello\n字符串。
第七个包是服务端的tcp层发给客户端的reset包，因为此时服务端的socket已经关闭了。
由tcpdump的输出可以确定，第一次write的确是写成功了，但为什么呢？明明服务端的socket都已经关闭了，为什么还可以发送呢？并且为什么第一次可以发送，第二次就不行了呢？
来看下内核源码是怎么做的：
// net/ipv4/tcp_input.c
int tcp_sendmsg_locked(struct sock *sk, struct msghdr *msg, size_t size)
{
...
err = -EPIPE;
if (sk->sk_err || (sk->sk_shutdown & SEND_SHUTDOWN))
goto do_error;
...
// 省略这部分是tcp发送数据的代码
...
return copied + copied_syn;
...
do_error:
...
return err;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_sendmsg_locked);该方法就是tcp发消息的方法。
由上可见，只有当socket发生错误时，或者我们关闭了socket的send端，上面的write方法才会返回错误，其他情况下，write的数据都会正常发送。
由tcp的相关知识我们可以知道，当服务端发送fin消息给客户端时，客户端的socket进入了CLOSE_WAIT状态，即：等待客户端的程序关闭其socket。
也就是说，fin消息并没有使客户端的socket发生错误，也并没有关闭客户端socket的send端（但是关闭了客户端socket的receive端），所以第一次write就成功的将数据发送出去了。
那第二次write为什么失败呢？
看上面tcpdump的输出就知道了，当第一次write之后，服务端的操作系统收到数据，发现其对应的socket已经关闭了，所以就发送了个reset包给客户端。
客户端在收到reset包后，执行了下面的代码：
// net/ipv4/tcp_input.c
void tcp_reset(struct sock *sk)
{
...
switch (sk->sk_state) {
...
case TCP_CLOSE_WAIT:
sk->sk_err = EPIPE;
break;
...
}
...
tcp_done(sk);
...
}由上可见，sk->sk_err被设置为了EPIPE，其实，在下面的tcp_done方法里，也关闭了socket的send端，不过这个已经影响不大了。
所以，在我们第二次调用write时，当执行到tcp_sendmsg_locked方法时，就直接跳到了do_error，即：返回err给用户。
至此，就完美解释了，为什么会有上述奇怪的现象。
其实，我们不用看代码，仔细想想tcp的细节，也是可以理解，操作系统为什么会有这样的行为。
在第一次write之前，我们的socket收到fin包，进入到CLOSE_WAIT状态，此时，其实并不能说明服务端已经完全关闭了连接，它还有可能是发送fin包，只是为了关闭其send端，但它还是可以读的，所以我们理应也可以继续写。
这样想就更容易明白些了吧。
不过，从源码角度看这个问题，还是来的更实在些。
如果有对tcp源码有兴趣的同学，可以看下我之前写的tcp源码分析系列文章：
完。
腾讯云开发者
