linux下socket的心跳机制

在TCP的机制里面，本身是存在有心跳包的机制的，也就是TCP的选项：SO_KEEPALIVE。

系统默认是设置的2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。

而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般，如果只是用于保活还是可以的。

为什么需要心跳机制？

因为网络的不可靠性, 有可能在 TCP 保持长连接的过程中, 由于某些突发情况, 例如网线被拔出, 突然掉电等,会造成服务器和客户端的连接中断. 在这些突发情况下, 如果恰好服务器和客户端之间没有交互的话, 那么它们是不能在短时间内发现对方已经掉线的.

心跳机制即可解决此类问题。

TCP协议的KeepAlive机制

默认KeepAlive状态是不打开的。

需要将setsockopt将SOL_SOCKET.SO_KEEPALIVE设置为1才是打开KeepAlive状态，

并且可以设置三个参数：

tcp_keepalive_time  ，tcp_keepalive_probes  ， tcp_keepalive_intvl，

分别表示：连接闲置多久开始发keepalive的ack包、发几个ack包不回复才当对方已断线、两个ack包之间的间隔。

很多网络设备，尤其是NAT路由器，由于其硬件的限制（例如内存、CPU处理能力），无法保持其上的所有连接，因此在必要的时候，会在连接池中选择一些不活跃的连接踢掉。

典型做法是LRU，把最久没有数据的连接给T掉。

通过使用TCP的KeepAlive机制（修改那个time参数），可以让连接每隔一小段时间就产生一些ack包，以降低被踢掉的风险，当然，这样的代价是额外的网络和CPU负担。

如何实现心跳机制？

两种方式实现心跳机制:

• 使用 TCP 协议层面的 keepalive 机制.

• 在应用层上实现自定义的心跳机制.

虽然在 TCP 协议层面上, 提供了 keepalive 保活机制, 但是使用它有几个缺点:

1. 它不是 TCP 的标准协议, 并且是默认关闭的.

2. TCP keepalive 机制依赖于操作系统的实现, 默认的 keepalive 心跳时间是 两个小时(可自由更改), 并且对 keepalive 的修改需要系统调用(或者修改系统配置), 灵活性不够.

3. TCP keepalive 与 TCP 协议绑定, 因此如果需要更换为 UDP 协议时, keepalive 机制就失效了.

使用 TCP 层面的 keepalive 机制比自定义的应用层心跳机制节省流量。

下面为封装好的心跳包函数，是利用协议层的keepalive机制实现的，加入项目中参数设置一下即可

#include <netinet/tcp.h>  

//参数解释
//fd:网络连接描述符
//start:首次心跳侦测包发送之间的空闲时间  
//interval:两次心跳侦测包之间的间隔时间 
//count:探测次数，即将几次探测失败判定为TCP断开

int set_tcp_keepAlive(int fd, int start, int interval, int count)   
{   
    int keepAlive = 1;   
    if (fd < 0 || start < 0 || interval < 0 || count < 0) return -1;   //入口参数检查 ，编程的好习惯。
    //启用心跳机制，如果您想关闭，将keepAlive置零即可   
    if(setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(void*)&keepAlive,sizeof(keepAlive)) == -1)   
    {   
        perror("setsockopt");   
        return -1;   
    }   
    //启用心跳机制开始到首次心跳侦测包发送之间的空闲时间   
    if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,(void *)&start,sizeof(start)) == -1)   
    {   
        perror("setsockopt");   
        return -1;   
    }   
    //两次心跳侦测包之间的间隔时间   
    if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,(void *)&interval,sizeof(interval)) == -1)   
    {   
        perror("setsockopt");   
        return -1;   
    }   
    //探测次数，即将几次探测失败判定为TCP断开   
    if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,(void *)&count,sizeof(count)) == -1)   
    {   
        perror("setsockopt");   
        return -1;   
    }   
    return 0;   
} 

将想设置的参数传入该函数，设置成功返回0，否则返回-1。设置成功以后，可以将fd交给select去监听可读可写事件，如果select检测到fd可读且read返回错误，一般就能判定该fd对应的TCP连接已经异常断开，调用close函数将fd关闭即可。

TCP连接非正常断开的检测(KeepAlive探测)

此处的”非正常断开”指TCP连接不是以优雅的方式断开,如网线故障等物理链路的原因,还有突然主机断电等原因

有两种方法可以检测:

1.TCP连接双方定时发握手消息

2.利用TCP协议栈中的KeepAlive探测

第二种方法简单可靠,只需对TCP连接两个Socket设定KeepAlive探测。

从而得知连接已失效，客户端程序便有机会及时执行清除工作、提醒用户或重新连接。

最后

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