套接字狀態

在上一節中，介紹了檔案描述符的概念，我們可以看到socket套接字與磁碟檔案的讀寫方法很相似，但套接字比普通的檔案描述符多了一種狀態，每個開啟的套接字都對應一種狀態，Windows和Linux都可以使用netstat命令檢視。

通過觀察套接字狀態，可以檢查伺服器程式是否正常工作（監聽埠是否開啟），排查網路故障（比如為什麼連不上伺服器），優化程式碼（伺服器卡頓，佔用大量資源）等。

測試程式

通過一小段測試程式（socket_server.cpp）來例項分析套接字的狀態變化。

#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
 

#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
    printf("step1: socket()\n");
    int servsock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    getchar();
    printf("step2: bind()\n");
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0
 
, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(8828);
    bind(servsock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));

    getchar();
    printf("step3: listen()\n");
    listen(servsock, 5);

    getchar();
    printf
 
("step4: accept()\n");
    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t addr_len = sizeof(clientaddr);
    int clientsock = accept(servsock, (struct sockaddr*)&clientaddr, &addr_len);

    getchar();
    printf("step5: close client socket()\n");
    close(clientsock);

    getchar();
    printf("step6: close server socket()\n");
    close(servsock);

    return 0;
}

（1）編譯：g++ socket_server.cpp，生成一個名為a.out的程式
（2）執行： ./a.out
（3）呼叫socket函式建立一個套接字，輸出如下：
step1: socket()
這裡我們使用getchar函式獲取輸入來暫停程式，從而分析一些資料。

使用命令ps -ef | grep a.out查詢程序id，本次測試a.out程式的程序id為6789。
進入/proc/6789/fd目錄，然後執行ll命令，檢視該程序已開啟的檔案描述符，如下圖：

可以看到建立了一個fd為3的socket套接字。

（4）在a.out程式暫停介面按一下回車鍵，開始執行step 2，這裡呼叫了bind函式將剛才建立的套接字與本機的8828埠繫結。輸出如下：
step1: socket()
step2: bind()

（5）再按一下回車鍵，執行step3，這裡呼叫了listen函式將該套接字作為監聽套接字，監聽埠為繫結的8828埠。輸出如下
step1: socket()
step2: bind()
step3: listen()

執行命令：netstat -ant | grep 'State\ |8828'
該命令前半段用於檢視tcp套接字狀態，後半段grep命令用於顯示包含State或者8828的資料行，方便觀察，命令結果如下：

可以看到套接字狀態為LISTEN，表明該套接字處於監聽狀態。

（6）繼續按一下回車鍵，執行step4，呼叫accept函式來等待客戶端的連線請求，若沒有客戶端發起連線請求，該函式將一直阻塞下去。
此時我們通過使用telnet命令來作為客戶端連線。
執行命令：telnet 127.0.0.1 8828
該命令表示遠端連線ip為127.0.0.1，埠為8828的服務，執行結果如圖：

成功建立連線，然後再次檢視netstat命令輸出，如圖：

對比上次netstat結果，可以發現多了兩個套接字，並且狀態為ESTABLISHED就緒狀態，這表示兩個套接字都處於就緒狀態，可以正常的讀寫網路資料。

（7）繼續我們的回車鍵，按一下，進入step5，關閉剛建立成功的已連線套接字，該套接字用於與對應的客戶端套接字通訊，而監聽套接字繼續監聽。
關閉已連線套接字後，telnet程式也自動退出，提示
Connection closed by foreign host.

再次檢視netstat命令結果，如圖：

可以看到3個套接字變為2個，並且有一個變為TIME_WAIT狀態。

（8）最後一下回車鍵，關閉監聽套接字，程式執行結束。
檢視netstat結果如圖：

只剩下一個TIME_WAIT狀態套接字。

結果分析

本測試程式執行過程中共建立了兩個套接字，一個監聽套接字，一個是accept返回的已連線套接字。
（1）監聽套接字
呼叫listen函式後，套接字進入LISTEN監聽狀態，手動呼叫close函式關閉，或者程式結束後自動套接字，流程圖如下：

（2）已連線套接字
客戶端發起連線請求後，accept返回一個新的套接字用於和客戶端通訊，狀態為ESTABLISHED就緒狀態。 主動呼叫close關閉該套接字後，進入TIME_WAIT狀態，流程圖如下：

本文簡單的對伺服器端的socket套接字狀態變化進行了分析，可以看到在程式執行過程中，套接字狀態經常會發生變化。通過分析狀態變化，有助於我們更深入的瞭解tcp協議。