I/O复用——shutdown函数

原创

jackieluo

发布于 2018-12-23 07:24:17

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尽管修改后的str_cli函数已经可以同时处理输入和网络套接口的事件，但是它仍旧是不正确的。在它修改前的版本，即阻塞I/O模型下，一个回射请求的总时间是RTT（往返时间）加上服务器的处理时间。根据这个总时间，我们可以估计出回射固定行数的请求，需要花费多长的时间。

使用ping简单估算RTT

使用ping是一个测量RTT的简单方法。简单的用主机ping一下回射服务器所在的腾讯云云主机，取30次的平均值得到平均RTT是21.476ms。

--- 150.*.*.* ping statistics ---
30 packets transmitted, 30 packets received, 0.0% packet loss
round-trip min/avg/max/stddev = 14.283/21.476/99.440/15.753 ms

ping报文的大小为84字节。其中ICMP报文56个字节，再加上20个字节的IP头和8个字节的ICMP头。因此IP报文的总长度为84字节。

那么我们可以估算一下，一行文本，长度假设为44字节，那么加上20个字节的IP头和20个字节的TCP头，每行对应的分组刚好是84字节，与ping分组的大小相同，那么运行回射客户端服务器，发送这行文本的RTT大约需要21.476ms。

使用原始的回射客户端服务器程序，发送10条44字节的文本测试一下，可以看到实际的时延和我们预估的一致。

jackieluo@JACKIELUO-MB1 ~/Desktop/unpv13e/tcpcliserv ./tcpcli01 150.*.*.* < tcpcli_input.txt
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
cost:222

停-等方式填充管道

将客户与服务器间的网络当做全双工管道来考虑，假设：

以停-等方式发送请求，即客户向服务器发送请求，服务器应答，然后发送下一个，以此类推。
假设RTT为8个时间单位，即时刻0发送请求，时刻4服务器收到请求并应答，时刻7客户收到应答。
假设服务器没有处理时间，收到请求立即应答。
请求和应答的数据大小相同。

绘制满足上述假设的一个请求过程：

由于管道是全双工的，这样一个请求过程中，我们只用了1/8的管道容量，为了充分利用管道，我们可能会考虑批量地在客户端进行输入。

批量方式填充管道

在批量方式下，假设：

发出第一个请求后马上发出下一个。
客户可以以网络能接受的最快速度发送请求。
客户可以以最快的速度处理应答。

绘制一系列请求过程：

上图能够解释，为什么在当前版本的str_cli函数下，当我们对输入输出进行重定向时，输出文件总是会小于输入文件。

#include "unp.h"

void str_cli(FILE *fp, int sockfd) {
  char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

  while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {
    Writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));

    if (Readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0) {
      err_quit("str_cli: server terminated prematurely");
    }
    Fputs(recvline, stdout);
  }
}

假设输入文件有9行，时刻8发送完这行以后，Fgets返回NULL，跳出循环，到达函数尾，main程序中止，但是此时仍有请求和应答在路上，未被客户处理。

因此我们需要一种方式来关闭TCP连接的一半，给服务器发送一个FIN，告诉它已经完成数据发送，但是仍开放套接口描述字用于读数据。这就需要shutdown函数来完成。

shutdown 函数

# include <sys/socket.h>
int	shutdown(int sockfd, int howto);//返回——0 成功，-1——出错

函数具体的行为取决于第二个参数howto：

参数	备注
`SHUT_RD`	关闭连接的读一半，不再接收套接口中的数据，且接收缓冲区数据作废。进程不能再对套接口执行任何读操作。调用后，由TCP套接口接收到的数据仅做确认，而不实际接收。
`SHUT_WD`	关闭连接的写一半，又称半关闭。发送缓冲区的数据都发送出去，然后TCP连接终止。无论描述字访问计数是否为0，进程都不能再对套接口执行任何写操作。
`SHUT_RDWR`	关闭连接的读和写。等效于先使用`SHUT_RD`调用，然后使用`SHUT_WD`调用。

终止网络连接的正常方法是调用close，但close有两个限制可由函数shutdown来避免。

close将描述字的访问计数减1，仅在计数为0时才关闭套接口。shutdown可发起TCP的正常连接终止序列，无需访问计数为0。
close会关闭数据传输的读/写两个方向。shutdown可以只关闭连接的某一半。

再修订版str_cli函数

在上一节加入select模型的str_cli函数的基础上再次进行修改，标准输入遇到文件结束符时，调用shutdown函数，关闭TCP连接的读一半，修改标志位为1，当从套接口读到文件终止符，而此标志位为1时，说明这是正常的终止。

使用批量方式后，再次运行输入之前的10行文本的文件，比较耗时：

jackieluo@JACKIELUO-MB1 ~/Desktop/unpv13e/tcpcliserv ./tcpcli02 150.*.*.* < tcpcli_input.txt
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
cost:34

可以看到，批量输入的方式比停-等输入的方式快了很多。

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