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：

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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

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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。

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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

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   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。

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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：

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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。

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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. }