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：

#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;  
}