C/C++网络编程中的TCP保活

在默认的情况下,TCP连接是没有保活的心跳的。这就是说,当一个TCP的socket,客户端与服务端谁也不发送数据,会一直保持着连接。这其中如果有一方异常掉线,另一端永远也不可能知道。这对于一些服务型的程序来说,将是灾难性的后果。

  所以,必须对创建的socket,启用保活心跳,即Keepalive选项。

启用Keepalive

  对于WIN32或者Linux平台来说,设置socket的Keepalive都很简单,只需使用setsockopt设置SO_KEEPALIVE即可。

  setsockopt的函数原型在Linux环境下为:

[cpp]
  1. #include <sys/types.h>   
  2. #include <sys/socket.h>   
  3.   
  4. int setsockopt(int s, int level, int optname,  
  5.                const void *optval,  
  6.                socklen_t optlen);  

,在WIN32平台下为

[cpp]
  1. #include <winsock2.h>   
  2.   
  3. int setsockopt(int s, int level, int optname,  
  4.                const char *optval,  
  5.                int optlen);  

  因为const void *可以接受const char *型的参数,所以为了代码的跨平台编译考虑,可以采用以下代码来设置TCP的Keepalive选项。

[cpp]
  1. alive = 1;  
  2. if (setsockopt  
  3.     (fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (const char *) &alive,  
  4.      sizeof alive) != 0)  
  5.   {  
  6.     log_warn (“Set keep alive error: %s.\n”, strerror (errno));  
  7.     return -1;  
  8.   }  

  这样,对于TCP的连接,就启用了系统默认值的保活心跳。

Linux环境下的TCP Keepalive参数设置

  为什么说是系统默认值的呢?因为有这样几个值,我们并没有手动设置,是采用的系统默认值。即,

  1. 多长时间发送一次保活心跳?
  2. 如果没有返回,多长时间再重试发送?
  3. 重试几次为失败?  如果是Linux操作系统,这三个值分别为
[plain]
  1. # cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time  
  2. 7200  
  3. # cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl  
  4. 75  
  5. # cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes  
  6. 9  

  这就是说,在Linux系统下,如果对于TCP的socket启用了Keepalive选项,则会在7200秒(即两个小时)没有数据后,发起KEEPALIVE报文。如果没有回应,则会在75秒后再次重试。如果重试9次均失败,则认定连接已经失效。TCP的读取操作,将返回0。

  这对于我们大多数应用来说,前两个时间值都有点太长了。

  我们可以通过重设上面三个值,来使得操作系统上运行的所有启用了Keepalive选项的TCP的socket的行为更改。

  我们也可以只针对我们自己创建的socket,重设这三个值。它们分别对应TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTL和TCP_KEEPCNT的选项值,同样可以使用setsockopt进行设置。

[cpp]
  1. #include <stdlib.h>   
  2. #include <fcntl.h>   
  3. #include <errno.h>   
  4. #include <sys/socket.h>   
  5. #include <netinet/tcp.h>   
  6. #include <netinet/in.h>   
  7. #include <netdb.h>   
  8. #include <arpa/inet.h>   
  9.   
  10. int  
  11. socket_set_keepalive (int fd)  
  12. {  
  13.   int ret, error, flag, alive, idle, cnt, intv;  
  14.   
  15.   /* Set: use keepalive on fd */  
  16.   alive = 1;  
  17.   if (setsockopt  
  18.       (fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &alive,  
  19.        sizeof alive) != 0)  
  20.     {  
  21.       log_warn (“Set keepalive error: %s.\n”, strerror (errno));  
  22.       return -1;  
  23.     }  
  24.   
  25.   /* 10秒钟无数据,触发保活机制,发送保活包 */  
  26.   idle = 10;  
  27.   if (setsockopt (fd, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, &idle, sizeof idle) != 0)  
  28.     {  
  29.       log_warn (“Set keepalive idle error: %s.\n”, strerror (errno));  
  30.       return -1;  
  31.     }  
  32.   
  33.   /* 如果没有收到回应,则5秒钟后重发保活包 */  
  34.   intv = 5;  
  35.   if (setsockopt (fd, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, &intv, sizeof intv) != 0)  
  36.     {  
  37.       log_warn (“Set keepalive intv error: %s.\n”, strerror (errno));  
  38.       return -1;  
  39.     }  
  40.   
  41.   /* 连续3次没收到保活包,视为连接失效 */  
  42.   cnt = 3;  
  43.   if (setsockopt (fd, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, &cnt, sizeof cnt) != 0)  
  44.     {  
  45.       log_warn (“Set keepalive cnt error: %s.\n”, strerror (errno));  
  46.       return -1;  
  47.     }  
  48.   
  49.   return 0;  
  50. }  

WIN32环境下的TCP Keepalive参数设置

  而WIN32环境下的参数设置,就要麻烦一些,需要使用另外的一个函数WSAIoctl和一个结构struct tcp_keepalive。

  它们的原型分别为:

[cpp]
  1. #include <winsock2.h>   
  2. #include <mstcpip.h>   
  3.   
  4. int WSAIoctl(  
  5.              SOCKET s,  
  6.              DWORD dwIoControlCode,  
  7.              LPVOID lpvInBuffer,  
  8.              DWORD cbInBuffer,  
  9.              LPVOID lpvOutBuffer,  
  10.              DWORD cbOutBuffer,  
  11.              LPDWORD lpcbBytesReturned,  
  12.              LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,  
  13.              LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION lpCompletionRoutine  
  14. );  
  15.   
  16. struct tcp_keepalive {  
  17.     u_long onoff;  
  18.     u_long keepalivetime;  
  19.     u_long keepaliveinterval;  
  20. };  

  在这里,使用WSAIoctl的时候,dwIoControlCode要使用SIO_KEEPALIVE_VALS,lpvOutBuffer用不上,cbOutBuffer必须设置为0。

  struct tcp_keepalive结构的参数意义为:

  onoff,是否开启KEEPALIVE; keepalivetime,多长时间触发Keepalive报文的发送; keepaliveinterval,多长时间没有回应触发下一次发送。

  注意:这里两个时间单位都是毫秒而不是秒。

[cpp]
  1. #include <winsock2.h>   
  2. #include <mstcpip.h>   
  3.   
  4. int  
  5. socket_set_keepalive (int fd)  
  6. {  
  7.   struct tcp_keepalive kavars[1] = {  
  8.       1,  
  9.       10 * 1000,        /* 10 seconds */  
  10.       5 * 1000          /* 5 seconds */  
  11.   };  
  12.   
  13.   /* Set: use keepalive on fd */  
  14.   alive = 1;  
  15.   if (setsockopt  
  16.       (fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (const char *) &alive,  
  17.        sizeof alive) != 0)  
  18.     {  
  19.       log_warn (“Set keep alive error: %s.\n”, strerror (errno));  
  20.       return -1;  
  21.     }  
  22.   
  23.   if (WSAIoctl  
  24.       (fd, SIO_KEEPALIVE_VALS, kavars, sizeof kavars, NULL, sizeof (int), &ret, NULL,  
  25.        NULL) != 0)  
  26.     {  
  27.       log_warn (“Set keep alive error: %s.\n”, strerror (WSAGetLastError ()));  
  28.       return -1;  
  29.     }  
  30.   
  31.   return 0;  
  32. }  

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