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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