tcp keepalive

部分信息可以看UNIX网络编程第157页，

摘录过来：

在一个正常的TCP连接上，当我们用无限等待的方式调用下面的Recv或Send的时候：

ret=recv(s,&buf[idx],nLeft,flags);

或

ret=send(s,&buf[idx],nLeft,flags);

如果TCP连接被对方正常关闭，也就是说，对方是正确地调用了closesocket(s)或者shutdown(s)的话，那么上面的Recv或Send调用就能马上返回，并且报错。这是由于closesocket(s)或者shutdown(s)有个正常的关闭过程，会告诉对方“TCP连接已经关闭，你不需要再发送或者接受消息了”。但是，如果是网线突然被拔掉，TCP连接的任何一端的机器突然断电或重启动，那么这时候正在执行Recv或Send操作的一方就会因为没有任何连接中断的通知而一直等待下去，也就是会被长时间卡住。这种情形解决的办法：

1>自己编写心跳包程序

简单的说也就是在自己的程序中加入一条线程，定时向对端发送数据包，查看是否有ACK，如果有则连接正常，没有的话则连接断开

2>启动TCP编程里的keepAlive机制

其实keepalive的原理就是TCP内嵌的一个心跳包,

以服务器端为例，如果当前server端检测到超过一定时间（默认是 7,200,000 milliseconds，也就是2个小时）没有数据传输，那么会向client端发送一个keep-alive packet（该keep-alive packet就是ACK和当前TCP序列号减一的组合），此时client端应该为以下三种情况之一：

1. client端仍然存在，网络连接状况良好。此时client端会返回一个ACK。server端接收到ACK后重置计时器，在2小时后再发送探测。如果2小时内连接上有数据传输，那么在该时间基础上向后推延2个小时。

2. 客户端异常关闭，或是网络断开。在这两种情况下，client端都不会响应。服务器没有收到对其发出探测的响应，并且在一定时间（系统默认为1000 ms）后重复发送keep-alive packet，并且重复发送一定次数（2000 XP 2003 系统默认为5次, Vista后的系统默认为10次）。

3. 客户端曾经崩溃，但已经重启。这种情况下，服务器将会收到对其存活探测的响应，但该响应是一个复位，从而引起服务器对连接的终止。

对于实用程序来说，2小时的空闲时间太长。因此，我们需要手工开启Keepalive功能并设置合理的Keepalive参数。在XP和WIN2003系统上，可以针对单独的socket来设置，但是在windows 2000，不能单独设置，如果设置，那么影响是整个系统的所有socket。

了解了keep alive大致的原理，下来看看在程序中怎么用，怎么设置参数:

[cpp] view plaincopy

#include <mstcpip.h>
BOOL bKeepAlive = TRUE;
int nRet = setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE,
(char*)&bKeepAlive, sizeof(bKeepAlive));
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
TRACE(L"setsockopt failed: %d\n", WSAGetLastError());
return FALSE;
}
// set KeepAlive parameter
tcp_keepalive alive_in;
tcp_keepalive alive_out;
alive_in.keepalivetime = 500; // 0.5s
alive_in.keepaliveinterval = 1000; //1s
alive_in.onoff = TRUE;
unsigned long ulBytesReturn = 0;
nRet = WSAIoctl(m_socket, SIO_KEEPALIVE_VALS, &alive_in, sizeof(alive_in),
&alive_out, sizeof(alive_out), &ulBytesReturn, NULL, NULL);
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
TRACE(L"WSAIoctl failed: %d\n", WSAGetLastError());
return FALSE;
}

其中，setsockopt设置了keepalive模式，但是系统对keepalive默认的参数可能不符合我们的要求，比如空闲2小时后才探测对端是否活跃，所以WSAIoctl函数通过tcp_keepalive结构体对这些参数进行了相应设置

tcp_keepalive这个结构体在mstcpip.h头文件中有定义：

[cpp] view plaincopy

struct tcp_keepalive {
ULONG onoff; //是否开启keepalive
ULONG keepalivetime; //多长时间（ms）没有数据就开始send心跳包
ULONG keepaliveinterval; //每隔多长时间（ms）send一个心跳包，
//发5次(2000 XP 2003默认), 10次(Vista后系统默认)
};

这个结构体设置了空闲检测时间，及检测时重复发送的间隔时间

按照msdn上的说法，这些参数也可以通过在注册表里设置，分别为：

HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\KeepAliveTime

HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\KeepAliveInterval

另外，有些人可能已经发现了，tcp_keepalive这个结构体中没有对重试次数这个参数的设置，这个参数可以通过注册表来设置，具体位置为：

HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters\TcpMaxDataRetransmissions

此处的keepalivetime表示的是TCP连接处于畅通时候的探测频率，一旦探测包没有返回，就以keepaliveinterval的频率发送，经过若干次的重试，如果探测包都没有返回，那么就得出结论：TCP连接已经断开，于是上面的Recv或Send调用也就能马上返回，不会无限制地卡住了。

上图是对上面文字的说明。亮条之前，TCP处于畅通状态，KeepAlive是以1000毫秒(keepalivetime的值)的频率发送探测包，在发送到第32个探测包的时候，探测包没有返回，于是就以5000毫秒(keepalivetime的值)的频率发送探测包，重发几次后，探测包都没有返回，于是就得出结论：此TCP连接已经断开了！

设置好keepalive以后，我们通过实验来看看当client异常退出或是网络断掉的情况下，keepalive怎么通知我们异常断开的情况。这里采用select模式，实验环境为XP系统和Win7系统，几种情况返回值如下：

1．正常断开

select函数正常返回，recv函数返回0

2．异常断开

a) 程序异常退出，如client端重启，应用非正常关闭等

select函数正常返回，recv函数返回SOCKET_ERROR，WSAGetLastError()得到的结果为WSAECONNRESET(10054)。

b) 网络断开

结果同上：select函数正常返回，recv函数返回SOCKET_ERROR，WSAGetLastError()得到的结果为WSAECONNRESET(10054)。

对于程序异常退出的情况，实际上在不开启keepalive的情况下也是可以检测到的

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