TypeCodes

Linux TCP客户端出现CLOSE_WAIT后进入死循环

前文中讲述了Linux服务端TCP的某个链路变成CLOSE_WAIT状态,然后由于客户端已经关闭了(发送了RST标志的报文),那么服务端如果继续向这个链路中写入数据的话就会收到SIGPIPE信号而终止,这篇文章主要通过客户端进入CLOSE_WAIT后由于收到服务端产生的RST标志报文进入死循环的情况。注:RST表示复位,用来关闭异常的连接。

CentOS服务端建立监听

1 CentOS服务端建立监听端口

如上图所示,在虚拟机CentOS7服务器(192.168.1.177)中打开一个终端界面,执行程序linux_epoll_server_2建立8000端口的监听服务(PID:2791)。进程的大体执行过程是通过epoll_wait等待客户端的接入,当可读描述符就绪时打印接收的报文并回复应答报文,最后调用close函数关闭这个描述符并将其从监听事件中删除。

2 CentOS客户端连接服务端

新建一个Linux会话终端并执行客户端程序linux_epoll_simple_sndmsg_netstat(具体代码见文末附录部分)。在过三次握手建立TCP连接后进程进入循环模式:每次发送完报文休眠5秒(sleep(5))接着再次向服务端发送报文。

客户端连接服务端

3 使用netstat命令查看TCP状态

新建一个Linux会话终端并创建一个shell脚本linux_epoll_simple_sndmsg_netstat.sh ,里面包含关键命令sudo netstat -npt|head -n 2;sudo netstat -npa|grep 8006。这个脚本用于监控TCP的通信状态。从下图中可以看到,最终服务端进程(PID:2791)在监听8006端口,然后和客户端进程(PID:2804)建立了TCP连接。

使用netstat命令查看TCP状态

4 关键步骤:使用tcpdump命令抓取TCP通信包

新建一个Linux会话终端并输入命令sudo tcpdump -i lo -n port 8006抓取客户端和服务端的TCP通信报文。

使用tcpdump命令抓取TCP通信包

5 过程分析

根据前面步骤1服务端、步骤2客户端、步骤3netstat的监控以及步骤4中的TCPDUMP抓包做出具体的分析:

1、tcpdump抓包分析:

[vfhky@typecodes ~]$ sudo tcpdump -i lo -n port 8006
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes

######三次握手
11:55:35.724646 IP 127.0.0.1.56710 > 127.0.0.1.8006: Flags [S], seq 1652959375, win 43690, options [mss 65495,sackOK,TS val 8433172 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
13:09:58.084191 IP 127.0.0.1.8006 > 127.0.0.1.56710: Flags [S.], seq 2881349854, ack 1652959376, win 43690, options [mss 65495,sackOK,TS val 8433172 ecr 8433172,nop,wscale 7], length 0
11:55:35.724660 IP 127.0.0.1.56710 > 127.0.0.1.8006: Flags [.], ack 1, win 342, options [nop,nop,TS val 8433172 ecr 8433172], length 0

######客户端发送58字节的报文( seq 1:59中的59=seq(1)+length(58) )
11:55:35.724966 IP 127.0.0.1.56710 > 127.0.0.1.8006: Flags [P.], seq 1:59, ack 1, win 342, options [nop,nop,TS val 8433173 ecr 8433172], length 58
######服务端回复ACK确认报文(ACK=对方SEQ+报文长度=1+58=59)
11:55:35.724970 IP 127.0.0.1.8006 > 127.0.0.1.56710: Flags [.], ack 59, win 342, options [nop,nop,TS val 8433173 ecr 8433173], length 0

######服务端主动发送58字节的报文( seq 1:59中的59=seq(1)+length(58) )
11:55:35.725006 IP 127.0.0.1.8006 > 127.0.0.1.56710: Flags [P.], seq 1:59, ack 59, win 342, options [nop,nop,TS val 8433173 ecr 8433173], length 58
######客户端回复ACK确认报文(ACK=对方SEQ+报文长度=1+58=59)
11:55:35.725008 IP 127.0.0.1.56710 > 127.0.0.1.8006: Flags [.], ack 59, win 342, options [nop,nop,TS val 8433173 ecr 8433173], length 0

######服务端调用close函数关闭连接(发送FIN标志的报文后进入FIN_WAIT_1状态)
11:55:35.725018 IP 127.0.0.1.8006 > 127.0.0.1.56710: Flags [F.], seq 59, ack 59, win 342, options [nop,nop,TS val 8433173 ecr 8433173], length 0
######客户端回复ACK确认报文(客户端进入CLOSE_WAIT状态,服务端进入FIN_WAIT_2状态)
######ACK=对方SEQ+1=59+1=60
11:55:35.766501 IP 127.0.0.1.56710 > 127.0.0.1.8006: Flags [.], ack 60, win 342, options [nop,nop,TS val 8433215 ecr 8433173], length 0

######客户端5秒后再次发送58字节的报文(CLOSE_WAIT状态还是可以向对端发送报文的)
11:55:40.736161 IP 127.0.0.1.56710 > 127.0.0.1.8006: Flags [P.], seq 59:117, ack 60, win 342, options [nop,nop,TS val 8438184 ecr 8433173], length 58
######服务端发送RST链路重置标志的报文(客户端关闭)
11:55:40.736190 IP 127.0.0.1.8006 > 127.0.0.1.56710: Flags [R], seq 2881349914, win 0, length 0

2、netstat命令监控:由于脚本中做了sleep 1的操作,所以监控不是很及时,对小节4的图中关键的4个部分进行分析。其中Recv-Q对应的值为59,它不同于前文中LISTEN状态下Recv-Q对应的值(表示由内核完成的已就绪队列中的连接数),这里表示客户端接收缓存中有59字节的数据等待客户端进程去读取。另外为什么是59字节而不是服务端发送的58字节数据?LZ这里也不是很确定。

[vfhky@typecodes epoll]$ ./linux_epoll_simple_sndmsg_netstat.sh 
######服务端建立监听
Active Internet connections (w/o servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name    
tcp        0      0 0.0.0.0:8006            0.0.0.0:*               LISTEN      2791/linux_epoll_se

######由于服务端接收并回复报文后主动调用close函数关闭了链路,服务端进入FIN_WAIT1状态,客户端进入CLOSE_WAIT状态。
Active Internet connections (w/o servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name    
tcp        0      0 0.0.0.0:8006            0.0.0.0:*               LISTEN      2791/linux_epoll_se 
tcp       59      0 127.0.0.1:56710         127.0.0.1:8006          CLOSE_WAIT  2804/linux_epoll_si 
tcp        0      1 127.0.0.1:8006          127.0.0.1:56710         FIN_WAIT1   -

######客户端回复了ACK确认报文后,服务端进入FIN_WAIT2状态
Active Internet connections (w/o servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name    
tcp        0      0 0.0.0.0:8006            0.0.0.0:*               LISTEN      2791/linux_epoll_se 
tcp       59      0 127.0.0.1:56710         127.0.0.1:8006          CLOSE_WAIT  2804/linux_epoll_si 
tcp        0      0 127.0.0.1:8006          127.0.0.1:56710         FIN_WAIT2   -

######由于服务端回复了RST标志的报文导致链路重置
Active Internet connections (w/o servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name    
tcp        0      0 0.0.0.0:8006            0.0.0.0:*               LISTEN      2791/linux_epoll_se

3、客户端进程执行过程分析:

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###### 客户端执行过程
[vfhky@typecodes epoll]$ linux_epoll_simple_sndmsg
i_send_len=[58].        //第1次发送报文(正常)
i_send_len=[58].        //5秒后再次发送报文,那么会收到RST标志的应答报文
[vfhky@typecodes epoll]$

6 得出结论

通过小节5中的具体分析可以看到在服务端调用close函数关闭了客户端的连接后进入FIN_WAIT_1状态,那么客户端立马进入了CLOSE_WAIT状态。而服务端在收到客户端回复的ACK报文后进入FIN_WAIT_2状态。

因为处于CLOSE_WAIT状态的一方仍然可以向对端发送报文,所以客户端在休眠5秒后再次向服务端发送了58字节的报文。但是此时的服务端已经关闭了链路(FIN_WAIT_2状态),所以Linux内核自动发送了一个RST复位标志的报文给客户端。

但是为什么客户端进程在收到RST报文后会关闭呢?原因和《Linux TCP通信出现CLOSE_WAIT后导致服务端进程挂掉》是一样的,就是Linux内核产生软中断,发送SIGPIPE信号给客户端进程,导致其默认终止了。这点可以通过设置客户端程序中#define SIGNAL_HANDLE 0为1来验证,执行的效果如下图所示:

Linux TCP客户端出现CLOSE_WAIT后进入死循环

那么问题又来了,由于捕捉了SIGPIPE信号(对应值为13)后,客户端进程不会终止,所以进入了while死循环。同时由于捕捉了SIGINT信号(对应值为2),导致在客户端所在的Linux会话终端上无法使用Ctrl+C来终止进程,最后只能使用kill信号来终止客户端!

7 附录:

以上就是Linux TCP通信中客户端出现CLOSE_WAIT后进入死循环的一个实例以及分析过程,下面是客户端程序linux_epoll_simple_sndmsg_netstat.c,工作流程很简单。

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/** 
 * @FileName    linux_epoll_simple_sndmsg.c
 * @Describe    A simple example for creating a listen as a server and simulate generate a sigpipe signal in linux.
 * @Author      vfhky 2017-03-10 12:49 https://typecodes.com/cseries/tcpclosewaitfinwaitrst1.html
 * @Compile     gcc linux_epoll_simple_sndmsg.c -o linux_epoll_simple_sndmsg
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>

#define IPADDR "127.0.0.1"
#define SERVPORT 8006
#define MAXLINE 1024

#define SIGNAL_HANDLE 0
void sig_handle( int signal )
{
    printf( "Receive a signal=[%d].\n", signal );
    return;
}


int main( int argc, char **argv )
{
#if SIGNAL_HANDLE
    struct sigaction new_act, old_act;
    new_act.sa_handler = sig_handle;
    new_act.sa_flags = 0;
    sigemptyset( &new_act.sa_mask );
    sigaction( SIGPIPE, &new_act, &old_act );
    sigaction( SIGINT, &new_act, &old_act );
#endif

    //发送缓存区
    char buf[MAXLINE] = {0x00};
    //成功发送的字节数
    unsigned int i_send_len = 0;

    int sockfd;
    struct sockaddr_in serv_addr;

    //创建1个socket描述符
    if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
    {
        perror("socket error \n");
        exit(1);
    }

    bzero( &serv_addr, sizeof(serv_addr) );
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
    inet_pton( AF_INET, IPADDR, &serv_addr.sin_addr );

    if( connect( sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr) ) ==-1 )
    {
        perror("connect \n");
        exit(1);
    }
    printf( "sockfd=[%d].\n", sockfd );
    while( 1 )
    {
        sprintf( buf, "HTTP/1.0 200 OK\r\nContent-type: text/plain\r\n\r\n%s", "Hello world!\n" );
        if( ( i_send_len = write( sockfd, buf, strlen(buf) ) ) > 0 )
        {
            printf( "i_send_len=[%d].\n", i_send_len );
        }
        sleep(5);
    }

    return 0;
}
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