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C/C++網絡編程中的TCP保活

日期：2017/3/1 10:35:23 编辑：Linux編程

在默認的情況下，TCP連接是沒有保活的心跳的。這就是說，當一個TCP的socket，客戶端與服務端誰也不發送數據，會一直保持著連接。這其中如果有一方異常掉線，另一端永遠也不可能知道。這對於一些服務型的程序來說，將是災難性的後果。

　　所以，必須對創建的socket，啟用保活心跳，即Keepalive選項。

啟用Keepalive

　　對於WIN32或者Linux平台來說，設置socket的Keepalive都很簡單，只需使用setsockopt設置SO_KEEPALIVE即可。

　　setsockopt的函數原型在Linux環境下為：

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

，在WIN32平台下為

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

　　因為const void *可以接受const char *型的參數，所以為了代碼的跨平台編譯考慮，可以采用以下代碼來設置TCP的Keepalive選項。

[cpp] alive = 1;  
if (setsockopt  
    (fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (const char *) &alive,  
     sizeof alive) != 0)  
  {  
    log_warn ("Set keep alive error: %s.\n", strerror (errno));  
    return -1;  
  }

　　這樣，對於TCP的連接，就啟用了系統默認值的保活心跳。

Linux環境下的TCP Keepalive參數設置

　　為什麼說是系統默認值的呢？因為有這樣幾個值，我們並沒有手動設置，是采用的系統默認值。即，

多長時間發送一次保活心跳？
如果沒有返回，多長時間再重試發送？
重試幾次為失敗？
　　如果是Linux操作系統，這三個值分別為

[plain] # cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time  
7200  
# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl  
75  
# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes  
9

　　這就是說，在Linux系統下，如果對於TCP的socket啟用了Keepalive選項，則會在7200秒（即兩個小時）沒有數據後，發起KEEPALIVE報文。如果沒有回應，則會在75秒後再次重試。如果重試9次均失敗，則認定連接已經失效。TCP的讀取操作，將返回0。

　　這對於我們大多數應用來說，前兩個時間值都有點太長了。

　　我們可以通過重設上面三個值，來使得操作系統上運行的所有啟用了Keepalive選項的TCP的socket的行為更改。

　　我們也可以只針對我們自己創建的socket，重設這三個值。它們分別對應TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTL和TCP_KEEPCNT的選項值，同樣可以使用setsockopt進行設置。

[cpp] #include <stdlib.h>   
#include <fcntl.h>   
#include <errno.h>   
#include <sys/socket.h>   
#include <netinet/tcp.h>   
#include <netinet/in.h>   
#include <netdb.h>   
#include <arpa/inet.h>   
  
int  
socket_set_keepalive (int fd)  
{  
  int ret, error, flag, alive, idle, cnt, intv;  
  
  /* Set: use keepalive on fd */  
  alive = 1;  
  if (setsockopt  
      (fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &alive,  
       sizeof alive) != 0)  
    {  
      log_warn ("Set keepalive error: %s.\n", strerror (errno));  
      return -1;  
    }  
  
  /* １０秒鐘無數據，觸發保活機制，發送保活包 */  
  idle = 10;  
  if (setsockopt (fd, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, &idle, sizeof idle) != 0)  
    {  
      log_warn ("Set keepalive idle error: %s.\n", strerror (errno));  
      return -1;  
    }  
  
  /* 如果沒有收到回應，則５秒鐘後重發保活包 */  
  intv = 5;  
  if (setsockopt (fd, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, &intv, sizeof intv) != 0)  
    {  
      log_warn ("Set keepalive intv error: %s.\n", strerror (errno));  
      return -1;  
    }  
  
  /* 連續３次沒收到保活包，視為連接失效 */  
  cnt = 3;  
  if (setsockopt (fd, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, &cnt, sizeof cnt) != 0)  
    {  
      log_warn ("Set keepalive cnt error: %s.\n", strerror (errno));  
      return -1;  
    }  
  
  return 0;  
}

WIN32環境下的TCP Keepalive參數設置

　　而WIN32環境下的參數設置，就要麻煩一些，需要使用另外的一個函數WSAIoctl和一個結構struct tcp_keepalive。

　　它們的原型分別為：

[cpp] #include <winsock2.h>   
#include <mstcpip.h>   
  
int WSAIoctl(  
             SOCKET s,  
             DWORD dwIoControlCode,  
             LPVOID lpvInBuffer,  
             DWORD cbInBuffer,  
             LPVOID lpvOutBuffer,  
             DWORD cbOutBuffer,  
             LPDWORD lpcbBytesReturned,  
             LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,  
             LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION lpCompletionRoutine  
);  
  
struct tcp_keepalive {  
    u_long onoff;  
    u_long keepalivetime;  
    u_long keepaliveinterval;  
};

　　在這裡，使用WSAIoctl的時候，dwIoControlCode要使用SIO_KEEPALIVE_VALS，lpvOutBuffer用不上，cbOutBuffer必須設置為0。

　　struct tcp_keepalive結構的參數意義為：

　　onoff，是否開啟KEEPALIVE； keepalivetime，多長時間觸發Keepalive報文的發送； keepaliveinterval，多長時間沒有回應觸發下一次發送。

　　注意：這裡兩個時間單位都是毫秒而不是秒。

[cpp] #include <winsock2.h>   
#include <mstcpip.h>   
  
int  
socket_set_keepalive (int fd)  
{  
  struct tcp_keepalive kavars[1] = {  
      1,  
      10 * 1000,        /* 10 seconds */  
      5 * 1000          /* 5 seconds */  
  };  
  
  /* Set: use keepalive on fd */  
  alive = 1;  
  if (setsockopt  
      (fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (const char *) &alive,  
       sizeof alive) != 0)  
    {  
      log_warn ("Set keep alive error: %s.\n", strerror (errno));  
      return -1;  
    }  
  
  if (WSAIoctl  
      (fd, SIO_KEEPALIVE_VALS, kavars, sizeof kavars, NULL, sizeof (int), &ret, NULL,  
       NULL) != 0)  
    {  
      log_warn ("Set keep alive error: %s.\n", strerror (WSAGetLastError ()));  
      return -1;  
    }  
  
  return 0;  
}