C/C++网络编程中的TCP保活

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-03-20 04:20 503阅读 0赞

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：

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

，在WIN32平台下为

#include <winsock2.h>    int setsockopt(int s, int level, int optname,                 const char *optval,                 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][Link 1]编译考虑，可以采用以下代码来设置TCP的Keepalive选项。

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;    }

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
    
        # 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

这就是说，在[Linux系统][Linux]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。

#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秒钟无数据，触发保活机制，发送保活包 */    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;      }      /* 如果没有收到回应，则５秒钟后重发保活包 */    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;      }      /* 连续３次没收到保活包，视为连接失效 */    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：

#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。

#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;  }

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