问题背景

近期开发了一个服务器程序，在 Linux 环境下测试时，使用 C++ 编写客户端以千万级数量的短连接进行压力测试。测试过程中，服务器进程总是莫名退出，且没有生成 core 文件。

经过排查，问题最终定位为：对一个对端已经关闭的 socket 调用两次 write，第二次调用将会生成 SIGPIPE 信号，而该信号的默认处理动作是终止进程。

原因分析

1. TCP 连接关闭语义

具体的分析可以结合 TCP 的“四次握手”关闭过程。TCP 是全双工信道，可以看作两条单工信道，连接两端的端点各负责一条。

  • 当对端调用 close 时，虽然本意是关闭整个连接，但本端首先收到的是 FIN 包。
  • 按照 TCP 协议语义，这表示对端关闭了其所负责的那一条单工信道（不再发送数据），但本端仍然可以继续接收数据（即本端的发送信道尚未关闭）。
  • 受限于 TCP 协议，一个端点无法直接获知对端的 socket 是调用了 close 还是 shutdown。

2. SIGPIPE 信号触发流程

  1. Read 阶段：对一个已经收到 FIN 包的 socket 调用 read 方法，如果接收缓冲已空，则返回 0。这通常被视为连接关闭的标志。
  2. 第一次 Write：此时若第一次调用 write 方法，且发送缓冲没问题，内核会返回正确写入（数据进入发送缓冲）。但该报文到达对端后，会因为对端 socket 已完全关闭（既不发送也不接收）而触发对端发送 RST 报文。
  3. 第二次 Write：当本端收到 RST 报文后，再次调用 write 方法时，内核会生成 SIGPIPE 信号。
  4. 进程退出：由于 SIGPIPE 信号的默认处理动作是终止进程，导致服务器异常退出且无 core 文件（因为信号默认终止通常不产生 core dump，除非配置了）。

解决方案

为了避免进程因 SIGPIPE 信号意外退出，可以捕获该信号，或者更简单地——忽略它。通过设置信号处理函数为 SIG_IGN，可以屏蔽该信号：

signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

设置忽略后，当再次向已关闭的 socket 调用 write 方法时：

  • 不会产生信号。
  • 函数返回 -1。
  • errno 被置为 EPIPE（注意：原文明确为 SIGPIPE 有误，实际 errno 值为 EPIPE）。

程序便可通过返回值和 errno 知道对端已经关闭，从而进行相应的错误处理，而不是直接崩溃。

在 Linux 下编写 socket 程序时，如果尝试 send 到一个 disconnected socket 上，底层就会抛出 SIGPIPE 信号。这个信号的缺省处理方法是退出进程，大多数时候这都不是我们期望的。因此，重载这个信号的处理方法是必要的。

信号处理机制详解

对于产生信号，我们可以在产生信号前利用方法 signal(int signum, sighandler_t handler) 设置信号的处理。如果没有调用此方法，系统就会调用默认处理方法：中止程序，显示提示信息。

我们可以调用系统的处理方法，也可以自定义处理方法。系统里主要定义了以下几种处理动作：

  1. SIG_DFL（信号专用的默认动作）

    • 如果默认动作是暂停线程，则该线程的执行被暂时挂起。当线程暂停期间，发送给线程的任何附加信号都不交付，直到该线程开始执行（SIGKILL 除外）。
    • 把挂起信号的信号动作设置成 SIG_DFL，且其默认动作是忽略信号（如 SIGCHLD）。

  2. SIG_IGN（忽略信号）

    • 该信号的交付对线程没有影响。
    • 系统不允许把 SIGKILL 或 SIGSTOP 信号的动作设置为 SIG_IGN 或 SIG_DFL。

  3. SIG_ERR

    • 这通常不是处理动作，而是 signal() 函数出错时的返回值指示。

在本项目中，调用了 signal(SIGPIPE, SIG_IGN)，这样产生 SIGPIPE 信号时就不会中止程序，直接把这个信号忽略掉，保证了服务器的稳定性。

扩展：僵尸进程处理

如果服务器采用了 fork 创建子进程，需要收集垃圾进程，防止僵尸进程的产生。可以类似地处理 SIGCHLD 信号：

signal(SIGCHLD, SIG_IGN); // 交给系统 init 去回收

这里设置忽略 SIGCHLD 后，子进程退出时就不会产生僵尸进程了，系统会自动回收资源。

说明：本文基于 Linux/Unix 环境下的标准 POSIX 信号机制。不同系统对 signal() 语义的实现可能存在细微差异（如 BSD 与 System V），但在 SIGPIPE 和 SIG_IGN 的行为上基本一致。errno 在写失败时通常设置为 EPIPE。