Linux服务器编程实践52-SO_LINGER选项：控制close关闭TCP连接的行为

1. 引言：close关闭TCP连接的默认行为

在Linux网络编程中，close()系统调用是关闭文件描述符的常用方式，对于TCP连接对应的socket也不例外。默认情况下，当我们调用close(sockfd)关闭一个TCP socket时，close会立即返回，但内核并不会马上终止连接——它会负责将该socket对应的TCP发送缓冲区中残留的数据（未被对方确认的数据包）发送给通信对端，直到所有数据发送完成或超时。

这种默认行为虽然安全（避免数据丢失），但在某些场景下并不适用。例如：

• 服务器需要快速回收资源，不希望等待残留数据发送；
• 检测到通信异常（如客户端恶意连接），需要立即终止连接以避免资源浪费；
• 需要精确控制连接关闭的时机，避免长时间阻塞。

为了解决这些问题，Linux提供了SO_LINGER socket选项，允许开发者自定义close关闭TCP连接的行为。

2. SO_LINGER选项的核心原理

SO_LINGER选项通过setsockopt()系统调用设置，其核心是通过一个linger结构体控制close的行为。该结构体定义如下：

#include <sys/socket.h>
struct linger {int l_onoff;   // 开启(非0)或关闭(0)SO_LINGER选项int l_linger;  // 滞留时间(秒)，仅当l_onoff非0时有效
};

其中，l_onoff是开关变量，l_linger是滞留时间（单位：秒）。根据这两个变量的不同组合，close会产生三种不同的行为，我们通过下表详细说明：

l_onoff	l_linger	close行为	适用场景
0	忽略	默认行为：close立即返回，内核异步发送残留数据，连接正常关闭（四次挥手）。	大多数常规场景，确保数据不丢失。
非0	0	close立即返回，内核丢弃发送缓冲区残留数据，向对端发送RST报文（复位连接），强制终止连接。	异常场景（如客户端超时），快速回收资源。
非0	>0	close阻塞等待l_linger秒： 1. 若期间残留数据发送完成且收到确认，连接正常关闭； 2. 若超时仍未完成，内核丢弃残留数据，强制关闭连接。	需要等待数据发送，但又要避免无限阻塞的场景。

注意：当l_onoff=非0且l_linger>0时，close的阻塞行为还受socket是否为“阻塞模式”影响：
- 阻塞socket：close会阻塞直到数据发送完成或超时；
- 非阻塞socket：close立即返回，需通过返回值和errno判断数据是否发送成功。

3. SO_LINGER选项的实践示例

下面通过三个完整的代码示例，演示SO_LINGER三种配置的实际效果。所有示例基于TCP通信，包含客户端和服务器端代码。

3.1 示例1：默认行为（l_onoff=0）

该示例展示SO_LINGER关闭时，close的默认行为——内核异步发送残留数据。

服务器端代码（默认关闭SO_LINGER）

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>int main() {// 1. 创建TCP socketint listen_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(listen_fd >= 0);// 2. 绑定地址struct sockaddr_in addr;bzero(&addr, sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);addr.sin_port = htons(8888);assert(bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == 0);// 3. 监听assert(listen(listen_fd, 5) == 0);// 4. 接受客户端连接struct sockaddr_in client_addr;socklen_t client_len = sizeof(client_addr);int conn_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);assert(conn_fd >= 0);printf("客户端已连接：%s:%d\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));// 5. 发送数据后关闭（默认SO_LINGER关闭）const char* data = "Hello, Client! This is server data.";send(conn_fd, data, strlen(data), 0);printf("发送数据完成，调用close()...\n");// 默认行为：close立即返回，内核异步发送残留数据close(conn_fd);printf("close()已返回，连接将由内核完成关闭\n");close(listen_fd);return 0;
}

客户端代码

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>int main() {// 1. 创建TCP socketint sock_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(sock_fd >= 0);// 2. 连接服务器struct sockaddr_in server_addr;bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");server_addr.sin_port = htons(8888);assert(connect(sock_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == 0);// 3. 接收服务器数据char buf[1024] = {0};ssize_t recv_len = recv(sock_fd, buf, sizeof(buf)-1, 0);if (recv_len > 0) {printf("收到服务器数据：%s\n", buf);} else if (recv_len == 0) {printf("服务器正常关闭连接（四次挥手）\n");} else {printf("接收数据失败\n");}close(sock_fd);return 0;
}

运行结果

// 服务器输出
客户端已连接：127.0.0.1:54321
发送数据完成，调用close()...
close()已返回，连接将由内核完成关闭// 客户端输出
收到服务器数据：Hello, Client! This is server data.
服务器正常关闭连接（四次挥手）

结果说明：close立即返回，内核后续完成TCP四次挥手，客户端正常收到数据并检测到连接正常关闭。

3.2 示例2：强制关闭（l_onoff=1，l_linger=0）

该示例展示SO_LINGER开启且滞留时间为0时，close强制关闭连接的行为——丢弃残留数据并发送RST报文。

// 服务器端关键代码（仅修改SO_LINGER配置，其他代码同示例1）
#include <sys/socket.h>// 设置SO_LINGER：l_onoff=1，l_linger=0
struct linger ling = {1, 0};
setsockopt(conn_fd, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &ling, sizeof(ling));// 发送数据（故意预留残留数据）
const char* data = "Hello, Client! This is server data with more content...";
// 只发送部分数据，制造残留
send(conn_fd, data, 10, 0); 
printf("发送部分数据，调用close()强制关闭...\n");// 强制关闭：丢弃残留数据，发送RST
close(conn_fd);
printf("close()已返回，连接已强制关闭\n");

运行结果

// 服务器输出
客户端已连接：127.0.0.1:54322
发送部分数据，调用close()强制关闭...
close()已返回，连接已强制关闭// 客户端输出
收到服务器数据：Hello, Cli
接收数据失败（errno=104: Connection reset by peer）

结果说明：客户端仅收到部分数据，随后收到RST报文，连接被强制重置（Connection reset by peer），服务器端残留数据被丢弃。

3.3 示例3：延迟关闭（l_onoff=1，l_linger=5）

该示例展示SO_LINGER开启且滞留时间为5秒时，close阻塞等待数据发送的行为。

// 服务器端关键代码（修改SO_LINGER配置）
struct linger ling = {1, 5}; // 滞留5秒
setsockopt(conn_fd, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &ling, sizeof(ling));// 发送大量数据，确保内核需要时间发送
char large_data[4096];
memset(large_data, 'A', sizeof(large_data));
send(conn_fd, large_data, sizeof(large_data), 0);
printf("发送大量数据，调用close()阻塞等待...\n");// 阻塞等待5秒：若数据发送完成则正常关闭，否则强制关闭
close(conn_fd);
printf("close()已返回，连接关闭完成\n");

运行结果（正常情况：数据5秒内发送完成）

// 服务器输出
客户端已连接：127.0.0.1:54323
发送大量数据，调用close()阻塞等待...
（等待约1秒后）
close()已返回，连接关闭完成// 客户端输出
收到服务器数据：AAAAA...（4096个A）
服务器正常关闭连接（四次挥手）

运行结果（超时情况：数据5秒内未发送完成）

// 服务器输出（模拟网络延迟，客户端未及时接收）
客户端已连接：127.0.0.1:54324
发送大量数据，调用close()阻塞等待...
（等待5秒后）
close()已返回，连接关闭完成// 客户端输出（因网络延迟，仅收到部分数据）
收到服务器数据：AAAAA...（2048个A）
接收数据失败（errno=104: Connection reset by peer）

结果说明：当数据在滞留时间内发送完成，连接正常关闭；若超时未完成，内核丢弃残留数据并强制关闭连接。

4. SO_LINGER选项的行为可视化

为了更直观地理解SO_LINGER三种配置的差异，我们通过JavaScript绘制时序图，展示close关闭连接的过程。

4.1 SO_LINGER三种配置的时序对比图

5. SO_LINGER的使用注意事项

5.1 避免滥用强制关闭（l_linger=0）

强制关闭（发送RST）会导致：

• 对端无法区分“正常关闭”和“异常重置”，可能误判网络故障；
• 残留数据丢失，破坏TCP的可靠传输特性；
• 可能引发“半打开连接”（对端仍认为连接有效，但服务器已关闭）。

建议仅在检测到恶意连接、超时等异常场景使用强制关闭。

5.2 合理设置滞留时间（l_linger>0）

滞留时间并非越长越好：

• 过短（如1秒）：可能导致正常数据发送不完整；
• 过长（如30秒）：close阻塞时间过长，影响服务器并发性能。

建议根据业务场景估算数据发送时间（如基于带宽和数据量），设置2~10秒的滞留时间。

5.3 结合非阻塞socket使用

当socket为非阻塞模式时，l_onoff=1且l_linger>0的配置不会导致close阻塞，而是立即返回。此时需通过errno判断数据是否发送成功：

// 非阻塞socket + SO_LINGER示例
int ret = close(conn_fd);
if (ret == 0) {printf("数据已发送完成，连接正常关闭\n");
} else if (errno == EWOULDBLOCK) {printf("数据未发送完成，已超时丢弃\n");
}

6. 总结

SO_LINGER选项为开发者提供了对TCP连接关闭行为的精确控制，核心是通过l_onoff和l_linger的组合实现三种关闭策略：

1. 默认策略（l_onoff=0）：安全优先，适用于大多数需要可靠传输的场景；
2. 强制策略（l_onoff=1，l_linger=0）：效率优先，适用于异常场景下的快速资源回收；
3. 延迟策略（l_onoff=1，l_linger>0）：平衡安全与效率，适用于需要等待数据发送但避免无限阻塞的场景。

在实际开发中，需根据业务需求选择合适的策略，避免因滥用SO_LINGER导致数据丢失或性能问题。