关于FIN_WAIT2

前些天，有朋友问我关于 FIN_WAIT2 的问题：如果主动关闭的一方在进入 FIN_WAIT2 状态后没有收到被动关闭的一方发送的 FIN 包，那么会怎样？

让我们热热身，通过一张旧图来回忆一下 TCP 关闭连接时的情况：

TCP Close

按照正常的状态迁移路径，当 FIN_WAIT2 收到 FIN 包后会迁移到 TIME_WAIT 状态。如果没有收到 FIN 包，那么连接状态会如何迁移，我们不妨测试一下：

#!/usr/bin/env python

import socket
import time

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1', 1234))
s.listen(1)

c, _ = s.accept()

time.sleep(1000)

c.close()

如上是用 Python 实现的一个简单的 server 演示代码，需要注意的是我在 close 前设置了一个巨大的延迟时间，从而达到拖延服务端发出 FIN 包的目的。与之相对应的我们再实现一个简单的 client 演示代码，它没什么可说的，就是连上后直接关闭：

#!/usr/bin/env python

import socket
import time

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('127.0.0.1', 1234))
s.close()

测试的时候先启动服务端监听 1234 端口，再启动客户端连接 1234 端口，为了确认整个过程是否符合我们的预期，可以使用 tcpdump 监听通讯过程：

tcpdump -t -nn -i any port 1234

如图可见：在三次握手之后，客户端关闭了连接，服务端确认后没有发出 FIN 包，所以整个过程符合我们的预期，同时为了判断 FIN_WAIT2 存在了多久，写了如下代码：

shell> while sleep 1; do
    netstat -ant | grep FIN_WAIT2 | while read content; do
        echo -n $(date +"%T") ""
        echo $content
    done
done

监控发现，在本例中 FIN_WAIT2 存在的时间大约是一分钟左右：

FIN_WAIT2 存在的时间

实际上此时间是「net.ipv4.tcp_fin_timeout」控制的，不过在测试中发现，FIN_WAIT2 存在的时间并不是精确的等于 tcp_fin_timeout 的设置，存在一定的偏差。此外，需要说明的是在 tcp_fin_timeout 后，FIN_WAIT2 并没有迁移到 TIME_WAIT，而是直接关闭了。

关于 tcp_fin_timeout 的介绍，可以参考内核的说明：

The length of time an orphaned (no longer referenced by any application) connection will remain in the FIN_WAIT_2 state before it is aborted at the local end. While a perfectly valid “receive only” state for an un-orphaned connection, an orphaned connection in FIN_WAIT_2 state could otherwise wait forever for the remote to close its end of the connection.
Cf. tcp_max_orphans
Default: 60 seconds

介绍中提到了 orphan 的概念，指的是当一个 socket 不再被任何应用引用时，它便成为了一个孤儿，而 tcp_fin_timeout 限定了成为孤儿的 FIN_WAIT2 所能存活的时间。

注：orphan 太多的话会：The “Out of socket memory” error。

或许有人会问：如果 FIN_WAIT2 没有成为孤儿，那么会如何：

#!/usr/bin/env python

import socket
import time

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('127.0.0.1', 1234))

s.shutdown(socket.SHUT_WR)

time.sleep(1000)

s.close()

在这一版的 client 代码中，我们没有直接 close 连接，而是通过 shutdown 来关闭，此时客户端同样会发送 FIN 包，但是并没有释放连接，所以本例中的 FIN_WAIT2 和上例中的 FIN_WAIT2 不同，其并不会成为孤儿。通过测试发现，此时 tcp_fin_timeout 将失效，而 本例中的 FIN_WAIT2 会一直存在，直到客户端 close 连接或者退出。

实际上，同其它 TCP 状态相比，通常 FIN_WAIT2 并不会给你添什么麻烦。如果你统计服务器上的 TCP 状态，你会发现它们多数时候都很少，如果不是，那么一定是应用层面上出了问题。至于 tcp_fin_timeout，我并不建议大家把它设置得太小，因为如上所说，正常情况下，TCP 连接并不会在 FIN_WAIT2 状态上停留太久，假设真的出现 FIN 包丢失之类的情况，那么给 FIN_WAIT2 状态一个合理的存在周期是必要的，毕竟丢失的 FIN 包可能会重传，在这一点上和 TIME_WAIT 为什么要存在 2MSL 是同样的原因。既然 TIME_WAIT 缺省存在 60 秒，那么 tcp_fin_timeout 缺省设置为 60 同样是一个合理的选择。