Linux Socket编程中的心跳机制

文章由LinuxBoy分享于2019-04-01 05:04:08热评（104）

Linux Socket编程中的心跳机制

在TCP网络通信中，经常会出现客户端和服务器之间的非正常断开，需要实时检测查询链接状态。常用的解决方法就是在程序中加入心跳机制。

从网络上找到，主要有以下方法实现TCP异常断开的检测：

SO_KEEPALIVE,SIO_KEEPALIVE_VALS 和Heart-Beat线程。
(1)SO_KEEPALIVE 机制
这是socket库提供的功能，设置接口是setsockopt API：
BOOL bSet=TRUE;
setsockopt(hSocket,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(const char*)&bSet,sizeof(BOOL));

根据MSDN的文档，如果为socket设置了KEEPALIVE选项，TCP/IP栈在检测到对方掉线后，
任何在该socket上进行的调用(发送/接受调用)就会立刻返回，错误号是WSAENETRESET ；
同时，此后的任何在该socket句柄的调用会立刻失败，并返回WSAENOTCONN错误。

该机制的缺点：

一、SO_KEEPALIVE无法控制，它会每时每刻都发；

二、SO_KEEPALIVE设置空闲2小时才发送一个“保持存活探测分节”，不能保证实时检测。对于判断网络断开时间太长，对于需要及时响应的程序不太适应。
当然也可以修改时间间隔参数，但是会影响到所有打开此选项的套接口！关联了完成端口的socket可能会忽略掉该套接字选项。
(2)SIO_KEEPALIVE_VALS 机制
设置接口是WSAIoctl API:
DWORD dwError = 0L ;
tcp_keepalive sKA_Settings = {0}, sReturned = {0} ;
sKA_Settings.onoff = 1 ;
sKA_Settings.keepalivetime = 5500 ; // Keep Alive in 5.5 sec.
sKA_Settings.keepaliveinterval = 3000 ; // Resend if No-Reply
if (WSAIoctl(skNewConnection, SIO_KEEPALIVE_VALS, &sKA_Settings,
sizeof(sKA_Settings), &sReturned, sizeof(sReturned), &dwBytes,
NULL, NULL) != 0)
{
dwError = WSAGetLastError() ;
}
实现时需要添加tcp_keepalive and SIO_KEEPALIVE_VALS的定义文件MSTCPiP.h
该选项不同于SO_KEEPALIVE 机制的就是它是针对单个连接的，对系统其他的套接
口并不影响。
针对完成端口的socket,设置了SIO_KEEPALIVE_VALS后，激活包由TCP STACK来负责。
当网络连接断开后，TCP STACK并不主动告诉上层的应用程序，但是当下一次RECV或者SEND操作
进行后，马上就会返回错误告诉上层这个连接已经断开了.如果检测到断开的时候，在这个连接
上有正在PENDING的IO操作，则马上会失败返回.
该机制的缺点：

不通用。MS的API只能用于Windows。

(3)Heart-Beat线程
这个是最常用的简单方法。在接收和发送数据时个人设计一个守护进程，定时发送Heart-Beat包，客户端/服务器收到该小包后，立刻返回相应的包即可检测对方是否实时在线。

该方法的好处是通用，但缺点就是会改变现有的通讯协议！大家一般都是使用业务层心跳来处理，主要是灵活可控。

UNIX网络编程不推荐使用SO_KEEPALIVE来做心跳检测，还是在业务层以心跳包做检测比较好，也方便控制，楼上给的代码是UNIX下的，WIN下不适用。Windows下此处的”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。

第一种方法是自己给SOCKET设置个timeout，如果超时则认为对方客户端断掉，需重新连接.

//处理通信

void do_client_work(int client_sock,struct sockaddr_in client)
{
unsigned char cmd;
int val;
char *VideoPtr;
send_client_info(client_sock,"hello",5);
TCP_VIDEO_AGAIN_FLAG = 1;
printf("\nrecv start ...\n");
while(1) {
fd_set rds;
struct timeval step;
int ret;
FD_ZERO(&rds);
FD_SET(client_sock,&rds);
step.tv_sec = 0;
step.tv_usec = 1000;
ret = select(client_sock+1,&rds,NULL,NULL,&step);
if(ret < 0) {
perror("select");
exit(-1);
}
if(ret == 0) {
...//执行等待超时命令
} else if(FD_ISSET(client_sock,&rds)) {
val = recv_client_info(client_sock,&cmd,1);
if(val < 0) {
break;
} else {
...//执行读写客户端数据操作
if(TcpOutFlag==1) {
TcpOutFlag=0;
break;
}
}
}
}
}

//TCP接收数据

int recv_client_info(int client_sock,char* info,int length)
{
int num;
struct timeval tv;
tv.tv_sec = 15;
tv.tv_usec = 0;
if (setsockopt(client_sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv))>=0) {
num = recv(client_sock,info,length,MSG_NOSIGNAL);
if(num < 0) {
perror("recv");
return 0;
} else if(num == 0) {
printf("recv over\n");
return -2;
} else {
pthread_mutex_lock(&mutex);
TCP_Timeout = 0;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return 0;
}
} else {
printf("TCP CONNECT超时...\n");
return -1;
}
}

第二种方法在Linux,Window2000下的实现Windows 2000平台下
头文件

#include <mstcpip.h>
//定义结构及宏
struct TCP_KEEPALIVE {
u_longonoff;
u_longkeepalivetime;
u_longkeepaliveinterval;
} ;
tcp_keepalive live,liveout;
live.keepaliveinterval=500;
live.keepalivetime=3000;
live.onoff=TRUE;
int iRet = setsockopt(Socket,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(char *)Opt,sizeof(int));
if(iRet == 0){
DWORD dw;
if(WSAIoctl(Socket,SIO_KEEPALIVE_VALS,&live,sizeof(live),&liveout,sizeof(liveout),&dw,NULL,NULL)== SOCKET_ERROR){
//Delete Client
return;
}
}
ACE下代码
int Opt = 1;
//在测试过程中，发现检测的次数是5次，即下面的设置中，从最近一次消息开始计算的10秒后，每次间隔5秒，连续发送5次，即
//35秒发现网络断了
tcp_keepalive live,liveout;
live.keepaliveinterval=5000; //每次检测的间隔（单位毫秒）
live.keepalivetime=10000; //第一次开始发送的时间（单位毫秒）
live.onoff=TRUE;
int iRet = stream.set_option(SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,&Opt,sizeof(int));
if(iRet == 0){
DWORD dw;
//此处显示了在ACE下获取套接字的方法，即句柄的(SOCKET)化就是句柄
if(WSAIoctl((SOCKET)h,SIO_KEEPALIVE_VALS,&live,sizeof(live),&liveout,sizeof(liveout),&dw,NULL,NULL)== SOCKET_ERROR){
//Delete Client
return;
}
}

Linux平台下

#include "/usr/include/linux/tcp.h"
#include "/usr/include/linux/socket.h"
////KeepAlive实现，单位秒
//下面代码要求有ACE,如果没有包含ACE,则请把用到的ACE函数改成linux相应的接口
int keepAlive = 1;//设定KeepAlive
int keepIdle = 5;//开始首次KeepAlive探测前的TCP空闭时间
int keepInterval = 5;//两次KeepAlive探测间的时间间隔
int keepCount = 3;//判定断开前的KeepAlive探测次数
if(setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(void*)&keepAlive,sizeof(keepAlive)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt SO_KEEPALIVE error!n")));
}

if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,(void *)&keepIdle,sizeof(keepIdle)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPIDLE error!n")));
}

if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,(void *)&keepInterval,sizeof(keepInterval)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPINTVL error!n")));
}

if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,(void *)&keepCount,sizeof(keepCount)) == -1)
{
ACE_DEBUG ((LM_INFO,
ACE_TEXT ("(%P|%t)setsockopt TCP_KEEPCNT error!n")));
}

假设一种情况：一个socket TCP监听进程监听数据的时候如何接收关闭文件的socket连接？

不用并发

read/recv函数返回0均表示正常结束。此时关闭即可。如果用select/poll/epoll管理，该套接字也会读就绪，然后调用recv/read返回0。

对于异常关闭如网络崩溃、主机宕机等，可通过设置SO_KEEPALIVE设置保活，协议会按照设定间隔自动发送探测分节。该选项分为设置无数据首次探测时间、探测间隔、探测次数控制TCP是否出错。如果你设置首次探测在10秒之后、探测间隔3次，探测次数3次，则最多30秒之后将给应用层返回一个对方非正常关闭的异常，此时可通过获得errno得到对应错误，read/recv返回为-1。具体代码是：

void setKeepAlive( int iSockfd , socklen_t iIdleTime , socklen_t iInterval , socklen_t iCount )
{
setsockopt( iSockfd , SOL_SOCKET , SO_KEEPALIVE , (const char*)&iSockAttrOn , sizeof(iSockAttrOn) );
setsockopt( iSockfd , SOL_TCP , TCP_KEEPIDLE , (const char*)&iIdleTime , sizeof(iIdleTime) );
setsockopt( iSockfd , SOL_TCP , TCP_KEEPINTVL , (const char*)&iInterval,sizeof(iInterval) );
setsockopt( iSockfd , SOL_TCP , TCP_KEEPCNT , (const char*)&iCount,sizeof(iCount) );
}

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