TCP keep alive

1  tcp keep alive 的作用

Socket 网络编程中,recv send 等函数通常都是阻塞的（默认），可能经常会遇到因连接关闭或网络等原因导致的send 或recv阻塞，占用系统资源，进而导致系统异常（卡住）。如果要避免这种问题，就要用到keep alive了。

首先了解因连接关闭导致的send等阻塞的情况：

对于一个正常的TCP连接，当我们用以阻塞方式调用recv或send的时候，如果此时TCP连接被对方正常关闭，即对方正确地调用了closesocket(或shutdown)，我们调用的recv或send调用就能马上返回（报错，返回socket错误码）。这是因为closesocket(s)或者shutdown(s)会进行正常的关闭过程，会通知对方：TCP连接已经关闭，你不需要再发送或者接受消息了。但是，如果是因为网线突然被拔掉，TCP连接的任何一端的设备突然被断电或重启，则此时正在执行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，也就是系统会被长时间卡住。特别是对于某些小型的嵌入式系统，tcp tx buffer和rxbuffer可能处于一个内存区域，如果多个客户端中有一路tcp连接出现上述情况，就会影响到所有的tcp连接（这一路tcp连接send失败，会不断的尝试send，导致系统资源等被占用；或者recv失败，一直等待recv）。要解决上面的问题，主要是要让系统（tcp协议栈）或应用层知道链接已存在异常，不要再对该链接执行send或recv操作。

2 实现tcp keep alive

2.1 应用层自主实现

即我们自己在应用程序中编写心跳包程序，通常是定时向连接对端发送数据包，查看是否收到对端的ACK，如果有则认为连接正常，没有的话则本端主动断开连接。实现上并不复杂。

2.2 TCP协议栈自带keepAlive机制

TCP 协议栈自带的keepalive，原理上就是TCP内嵌的一个心跳包机制，通常默认是关闭的。简单讲就是，连接的一端（以服务器端举例）检测到超过一定时间（称为空闲时间，系统默认是 7200000 ms，即2个小时）没有数据传输，就会向client端发送一个keep-alive packet（该心跳包是ACK和当前TCP序列号减一的组合），如果收到client的响应，则重置计时器（即2小时重新计时），否则会每隔一定时间（通常默认是75s），重复尝试发送心跳包（通常默认是9次），如果一直没有收到client的响应，则终止此链接（release掉占用的资源）。

所以，当服务器端发送了心跳包时，此时client端情况为：

1. 仍然存在，且网络连接状况良好。此时client端立即返回一个ACK，server端接收到ACK后重置计时器。如2小时内该连接上有数据传输，那么在该时间上再向后推延2个小时。

2. 客户端异常关闭（网络断开，设备断电等）。这种情况下client端都不会响应。服务器没有收到对其发出心跳的响应，会按照预先的或默认的设置,在一定时间后重复发送keep-alive packet，并且重复发送一定次数。

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。

2.3 使用TCP 内嵌的keep alive

  对于多数应用程序来说，TCP内嵌的keepalive 机制（通常）默认是关闭的，而且默认的相关参数，不太合理；例如2小时的空闲时间就太长了。因此往往需要在应用程序中开启Keepalive功能并设置合理的Keepalive参数。大多数的系统，都可以针对单独的socket来设置，也有少数系统不支持单独socket设置，对于这些系统，如果设置，那么影响是整个系统的所有socket链接。

通过setsockopt来打开keep alive，并设置keepalive参数：

 setsockopt(s,SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void*)&keepIdle, sizeof(keepIdle)); 

setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL,(void*)&keepInterval, sizeof(keepInterval)); 

setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT,(void*)&keepCount, sizeof(keepCount)); 

3 两种方式的优劣

应用层实现心跳的优点:

灵活且不依赖协议，而且重要是表明应用程序正常运行；缺点是增加额外的消耗。

TCP 自带的keep alive：

TCP协议自带的保活功能, 使用简单, 减少了应用层代码的复杂度，更节省流量。

最后

以上就是闪闪香氛为你收集整理的TCP keep alive的全部内容，希望文章能够帮你解决TCP keep alive所遇到的程序开发问题。

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