UNIX网络编程——socket的keep-alive(超时重传)

 

第一部分

【需求】 不影响服务器处理的前提下，检测客户端程序是否被强制终了。

【现状】 服务器端和客户端的Socket都设定了keepalive属性。 服务器端设定了探测次数等参数，客户端、服务器只是打开了keepalive机能 服务器端起了一个监视线程，利用select来检测socket是否被关闭。

下面这是我的一点肤浅理解。

1.  关于keep alive

       无论windows还是linux，keepalive就三个参数：

sk->keepalive_probes：探测次数
sk->keepalive_time   探测的超时
sk->keepalive_intvl 探测间隔

   对 于一个已经建立的tcp连接。如果在keepalive_time时间内双方没有任何的数据包传输，则开启keepalive功能的一端将发送 keepalive数据包，若没有收到应答，则每隔keepalive_intvl时间再发送该数据包，发送keepalive_probes次。一直没有 收到应答，则发送rst包关闭连接。若收到应答，则将计时器清零。例如★：

sk->keepalive_probes = 3;
sk->keepalive_time   = 30;
sk->keepalive_intvl = 1;

  意 思就是说对于tcp连接，如果一直在socket上有数据来往就不会触发keepalive，但是如果30秒一直没有数据往来，则keep alive开始工作：发送探测包，受到响应则认为网络，是好的，结束探测；如果没有相应就每隔1秒发探测包，一共发送3次，3次后仍没有相应，则发送RST包关闭连接，也就是从网络开始到你的socket能够意识到网络异常，最多花33秒。但是如果没有设置keep alive，可能你在你的socket（阻塞性）的上面，接收: recv会一直阻塞不能返回，除非对端主动关闭连接，因为recv不知道socket断了。发送：取决于数据量的大小，只要底层协议栈的buffer能放下你的发送数据，应用程序级别的send就会一直成功返回。 直到buffer满，甚至buffer满了还要阻塞一段时间试图等待buffer空闲。所以你对send的返回值的检查根本检测不到失败。开启了keep alive功能，你直接通过发送接收的函数返回值就可以知道网络是否异常。设置的方法（应用层）：

int keepalive = 1; // 开启keepalive属性
int keepidle = 60; // 如该连接在60秒内没有任何数据往来,则进行探测
int keepinterval = 5; // 探测时发包的时间间隔为5 秒
int keepcount = 3; // 探测尝试的次数。如果第1次探测包就收到响应了,则后2次的不再发。
setsockopt(rs, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepalive , sizeof(keepalive ));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void*)&keepidle , sizeof(keepidle ));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void *)&keepinterval , sizeof(keepinterval ));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keepcount , sizeof(keepcount ));

2.select和keep alive的关系

       select 是为单个进程使用多个socket而设计的，跟检测连接无关，如果只是检测一个socket的话，没有必要使用select。开了keepalive机能 的话，每次调用recv或send时检查返回值，判断是否出错或为0。如果出错，再检查errno查资料，看哪个或哪几个错误号表示链接断了或不存在就可 以了。

       另外，谁想定期检查连接状况，谁就启用keep alive。另一端可以不起，只是被动地对探测包进行响应，这种响应是tcp协议的基本要求，跟keep alive无关。并不需要客户端和服务器端都开启keep alive。

3.测试结果

       按照例★的值在一端的socket上开启keep alive，然后阻塞在一个recv或者不停的send，这个时候拔了网线，测试从拔掉网线到recv/send返回失败的时间。

       在linux kernel里头的测试发现，对于阻塞型的socket，当recv的时候，如果没有设置keep alive，即使网线拔掉或者ifdown，recv很长时间不会返回，最长达17分钟，虽然这个时间比linux的默认超时时间（）短了很多。但是如果设置了keep alive，基本都在keepalive_time +keepalive_probes*keepalive_intvl =33秒内返回错误。

       但是对于循环不停send的socket，当拔掉网线后，会持续一段时间send返回成功（0~10秒左右，取决 于发送数据的量），然后send阻塞，因为协议层的buffer满了，在等待buffer空闲，大概90秒左右后才会返回错误。由此看来，send的时候，keep alive似乎没有起到作用，这个原因至今也不清楚。后来通过给send之前设置timer来解决的。

第二部分

       我们知道TCP连接关闭时，需要连接的两端中的某一方发起关闭动作，

       如果某一方突然断电，另外一端是无法知道的。tcp的keep_alive就是用以检测异常的一种机制。

       有三个参数：

• 发送心跳消息的间隔
• 未收到回复时，重试的时间间隔
• 重试的次数

如果是Linux操作系统，这三个值分别为

huangcheng@ubuntu:~$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
7200
huangcheng@ubuntu:~$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
75
huangcheng@ubuntu:~$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
9

也就意味着每隔7200s(两个小时)发起一次keepalive的报文，如果没有回应，75秒后进行重试，最多重试9次即认为连接关闭。

这三个选项分别对应TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTL和TCP_KEEPCNT的选项值，通过setsockopt进行设置。

但是，tcp自己的keepalive有这样的一个bug：

       正常情况下，连接的另一端主动调用colse关闭连接，tcp会通知，我们知道了该连接已经关闭。但是如果tcp连接的另一端突然掉线，或者重启断电，这个时候我们并不知道网络已经关闭。而此时，如果有发送数据失败，tcp会自动进行重传。重传包的优先级高于keepalive，那就意味着，我们的keepalive总是不能发送出去。 而此时，我们也并不知道该连接已经出错而中断。在较长时间的重传失败之后，我们才会知道。

       为了避免这种情况发生，我们要在tcp上层，自行控制。对于此消息，记录发送时间和收到回应的时间。如果长时间没有回应，就可能是网络中断。如果长时间没有发送，就是说，长时间没有进行通信，可以自行发一个包，用于keepalive，以保持该连接的存在。

超时重传是TCP协议保证数据可靠性的另一个重要机制，

其原理是在发送某一个数据以后就开启一个计时器，在一定时间内如果没有得到发送的数据报的ACK报文，

那么就重新发送数据，直到发送成功为止