网络编程中的 SIGPIPE 信号

处理 SIGPIPE

　　在网络编程中经常会遇到SIGPIPE信号，默认情况下这个信号会终止整个进程，当然你并不想让进程被SIGPIPE信号杀死。我们不禁会这样思考：

• 在什么场景下会产生SIGPIPE信号？
• 要怎样处理SIGPIPE信号？

　　SIGPIPE产生的原因是这样的：如果一个 socket 在接收到了 RST packet 之后，程序仍然向这个 socket 写入数据，那么就会产生SIGPIPE信号。
　　这种现象是很常见的，譬如说，当 client 连接到 server 之后，这时候 server 准备向 client 发送多条消息，但在发送消息之前，client 进程意外奔溃了，那么接下来 server 在发送多条消息的过程中，就会出现SIGPIPE信号。下面我们看看 server 的代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#define MAXLINE 1024
void handle_client(int fd)
{
    // 假设此时 client 奔溃, 那么 server 将接收到 client 发送的 FIN
    sleep(5);
    // 写入第一条消息
    char msg1[MAXLINE] = {"first message"}; 
    ssize_t n = write(fd, msg1, strlen(msg1));
    printf("write %ld bytes
", n);
    // 此时第一条消息发送成功，server 接收到 client 发送的 RST
    sleep(1); 
    // 写入第二条消息，出现 SIGPIPE 信号，导致 server 被杀死
    char msg2[MAXLINE] = {"second message"};
    n = write(fd, msg2, strlen(msg2));
    printf("%ld, %s
", n, strerror(errno));
}
int main()
{
    unsigned short port = 8888;
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(port);
    int listenfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
    bind(listenfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
    listen(listenfd, 128);
    int fd = accept(listenfd, NULL, NULL);
    handle_client(fd);
    return 0;
}

root@ubuntu:~/c++# ./pipe 
write 13 bytes
root@ubuntu:~/c++# 

客户端

deamon启动

$ gcc -o server server.c 
$ ./server &              # 后台运行 server
$ nc localhost 8888       # 运行 nc 连接到 server
^C                        # Ctrl-C 杀死 nc
write 13 bytes
[1]+  Broken pipe             ./server

让我们分析一下整个过程：

• client 连接到 server 之后，client 进程意外奔溃，这时它会发送一个 FIN 给 server。
• 此时 server 并不知道 client 已经奔溃了，所以它会发送第一条消息给 client。但 client 已经退出了，所以 client 的 TCP 协议栈会发送一个 RST 给 server。
• server 在接收到 RST 之后，继续写入第二条消息。往一个已经收到 RST 的 socket 继续写入数据，将导致SIGPIPE信号，从而杀死 server。

对 server 来说，为了不被SIGPIPE信号杀死，那就需要忽略SIGPIPE信号：

int main()
{
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);  // 忽略 SIGPIPE 信号
    // ...
}

重新运行上面的程序，server 在发送第二条消息的时候，write()会返回-1，并且此时errno的值为EPIPE，所以这时并不会产生SIGPIPE信号：

char msg2[MAXLINE] = {"second message"};

n = write(fd, msg2, strlen(msg2));

printf("%ld, %s ", n, strerror(errno)); // -1, Broken pipe

 

 

 

demo2

server

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#define SERV_PORT 8000
 
int main(int argc, const char * argv[])
{
 
    struct sockaddr_in serverAdd;
    struct sockaddr_in clientAdd;
    
    bzero(&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    serverAdd.sin_family = AF_INET;
    serverAdd.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serverAdd.sin_port = htons(SERV_PORT);
    
    socklen_t clientAddrLen;
    
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    int yes = 1;
    setsockopt(listenfd,
               SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
               (void *)&yes, sizeof(yes));
    
    if (listenfd < 0) {
        printf("创建socket失败
");
        return -1;
    }
    
    int bindResult = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    if (bindResult < 0) {
        printf("绑定端口失败
");
        close(listenfd);
        return -1;
    }
    
    listen(listenfd, 20);
    
    int connfd;
    unsigned char recvMsg[246988];
    unsigned long long totalSize = 0;
    
    clientAddrLen = sizeof(clientAdd);
    connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clientAdd,&clientAddrLen);
    if (connfd < 0) {
        print#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#define SERV_PORT 8000
 
int main(int argc, const char * argv[])
{
 
    struct sockaddr_in serverAdd;
    struct sockaddr_in clientAdd;
    
    bzero(&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    serverAdd.sin_family = AF_INET;
    serverAdd.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serverAdd.sin_port = htons(SERV_PORT);
    
    socklen_t clientAddrLen;
    
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    int yes = 1;
    setsockopt(listenfd,
               SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
               (void *)&yes, sizeof(yes));
    
    if (listenfd < 0) {
        printf("创建socket失败
");
        return -1;
    }
    
    int bindResult = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    if (bindResult < 0) {
        printf("绑定端口失败
");
        close(listenfd);
        return -1;
    }
    
    listen(listenfd, 20);
    
    int connfd;
    unsigned char recvMsg[246988];
    unsigned long long totalSize = 0;
    
    clientAddrLen = sizeof(clientAdd);
    connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clientAdd,&clientAddrLen);
    if (connfd < 0) {
        printf("连接失败
");
        return -1;
    }
    else{
//        这里我们用于测试，只接收一个连接
        close(listenfd);
    }
    
    close(connfd);
    
    return 0;
}f("连接失败
");
        return -1;
    }
    else{
//        这里我们用于测试，只接收一个连接
        close(listenfd);
    }
    
    close(connfd);
    
    return 0;
}

client

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>

#define SERV_PORT 8000
#define SERV_ADDR "10.10.16.82"
int main(int argc, const char * argv[])
{
 
    struct sockaddr_in serverAdd;
    
    bzero(&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    serverAdd.sin_family = AF_INET;
    serverAdd.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_ADDR);
    serverAdd.sin_port = htons(SERV_PORT);
    
    int connfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    int connResult = connect(connfd, (struct sockaddr *)&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    if (connResult < 0) {
        printf("连接失败
");
        close(connfd);
        return 0;
    }
    
    ssize_t writeLen;
    char sendMsg[5000] = {0};
    unsigned long long totalSize = 0;
    
    while (1) {
        
        writeLen = write(connfd, sendMsg, sizeof(sendMsg));
        if (writeLen < 0) {
            printf("发送失败 errno =  %s
",strerror(errno));
            return 0;
        }
        else
        {
            totalSize += writeLen;
            printf("发送成功 totalSize = %ld
",totalSize);
        }       
        
    } 
    
    close(connfd);
    
    return 0;
}

[root@bogon ~]# ./client
发送成功 totalSize = 5000
发送成功 totalSize = 10000
发送成功 totalSize = 15000
发送成功 totalSize = 20000
发送成功 totalSize = 25000
发送失败 errno =  Connection reset by peer

可以看到客户端发送第130001-135000个字节的时候程序在write方法处崩溃，是因为TCP套接字发送缓冲区的大小为131768字节，在发送前130000个字节的时候发送缓冲区还未满，因此write方法返回成功，接着继续发送

假设server和client 已经建立了连接，server调用了close, 发送FIN 段给client，此时server不能再通过socket发送和接收数据，此时client调用read，如果接收到FIN 段会返回0，但client此时还是可以write 给server的，write调用只负责把数据交给TCP发送缓冲区就可以成功返回了，所以不会出错，而server收到数据后应答一个RST段，表示服务器已经不能接收数据，连接重置，client收到RST段后无法立刻通知应用层，只把这个状态保存在TCP协议层。如果client再次调用write发数据给server，由于TCP协议层已经处于RST状态了，因此不会将数据发出，而是发一个SIGPIPE信号给应用层，SIGPIPE信号的缺省处理动作是终止程序。

 

当一个进程向某个已收到RST的套接字执行写操作时，（此时写操作返回EPIPE错误）内核向该进程发送一个SIGPIPE信号，该信号的默认行为是终止进程，因此进程必须捕获它以免不情愿地被终止；

继续修改客户端程序如下，服务端不变：

[root@bogon ~]# ./client
发送成功 totalSize = 5000
读取失败 errno = 104 and  Connection reset by peer 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>

#define SERV_PORT 8000
#define SERV_ADDR "10.10.16.82"
int main(int argc, const char * argv[])
{
 
    struct sockaddr_in serverAdd;
    
    bzero(&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    serverAdd.sin_family = AF_INET;
    serverAdd.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_ADDR);
    serverAdd.sin_port = htons(SERV_PORT);
    
    int connfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    int connResult = connect(connfd, (struct sockaddr *)&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    if (connResult < 0) {
        printf("连接失败
");
        close(connfd);
        return 0;
    }
    
    ssize_t writeLen;
    char recvMsg[65535];
        ssize_t readLen;
    char sendMsg[5000] = {0};
    unsigned long long totalSize = 0;
    
    while (1) {
        
        writeLen = write(connfd, sendMsg, sizeof(sendMsg));
        if (writeLen < 0) {
            printf("发送失败 errno =  %s
",strerror(errno));
            return 0;
        }
        else
        {
            totalSize += writeLen;
            printf("发送成功 totalSize = %ld
",totalSize);
        }       
                sleep(1);
                readLen = read(connfd, recvMsg, sizeof(recvMsg));
            if (readLen < 0) {
                    printf("读取失败 errno = %d and  %s 
",errno, strerror(errno));
                    return;
             }
             else
             {
                    printf("readLen:%ld
",readLen);
              }
        
    } 
    
    close(connfd);
    
    return 0;
}

客户端向服务端写5000字节以后先休眠一秒是为了将数据发送出去，确认TCP协议层已收到服务端响应的RST分节，然后再进行读操作，此时read返回-1.而不再是0；

先运行服务端，再运行客户端，客户端打印信息如下：

发送成功 totalSize = 5000
读取失败 errno = 54

#defineECONNRESET 54/* Connection reset by peer */

当一个进程向某个已收到RST的套接字执行读操作时，（此时读操作返回ECONNRESET错误）

抓包信息如下：

上述情况会引发一个问题：服务器主机进程终止或者崩溃后重启，客户端在不write的情况下不会知道，read会返回ECONNRESET错误或者超时；

解决方法用select：

1、如果对端TCP发送一个FIN（对端进程终止），那么该套接字变为可读，并且read返回0；

2、如果对端TCP发送一个RST（对端主机崩溃并重新启动），那么该套接字变为可读，并且read返回-1，而errno中含有确切的错误码；

非阻塞模型下，select或者epoll会返回sockfd可读,应用层对其进行读取时，read()会报错RST。 

情况三：

修改客户端程序如下，服务端不变；

运行服务端，再运行客户端程序，客户端打印连接成功，if语句开头会休眠20秒，（服务端程序里面，接收一个连接以后就close套接字然后立马退出程序了）在这期间内再次打开服务端，等待客户端的读取数据的分节到达，然后返回一个RST分节给客户端，是因为TCP接收到一个根本不存在的连接上的分节；服务器主机崩溃后重启：它的TCP丢失了崩溃前的所有连接信息，因此服务器TCP对于所有收到的来自客户的数据分节响应一个RST；

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>

#define SERV_PORT 8000
#define SERV_ADDR "10.10.16.82"
int main(int argc, const char * argv[])
{
 
    struct sockaddr_in serverAdd;
    
    bzero(&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    serverAdd.sin_family = AF_INET;
    serverAdd.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_ADDR);
    serverAdd.sin_port = htons(SERV_PORT);
    
    int connfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    int connResult = connect(connfd, (struct sockaddr *)&serverAdd, sizeof(serverAdd));
    if (connResult < 0) {
        printf("连接失败
");
        close(connfd);
        return 0;
    }
    
    ssize_t writeLen;
    char recvMsg[65535];
        ssize_t readLen;
    char sendMsg[5000] = {0};
    unsigned long long totalSize = 0;
    
    while (1) {
        
                sleep(10);
                printf("sleep over");
        writeLen = write(connfd, sendMsg, sizeof(sendMsg));
        if (writeLen < 0) {
            printf("发送失败 errno =  %s
",strerror(errno));
            return 0;
        }
        else
        {
            totalSize += writeLen;
            printf("发送成功 totalSize = %ld
",totalSize);
        }       
                sleep(2);
                readLen = read(connfd, recvMsg, sizeof(recvMsg));
            if (readLen < 0) {
                    printf("读取失败 errno = %d and  %s 
",errno, strerror(errno));
                    return;
             }
             else
             {
                    printf("readLen:%ld
",readLen);
              }
        
    } 
    
    close(connfd);
    
    return 0;
}

网络编程中的 SIGPIPE 信号

 

linux网络编程Socket之RST详解