《网络编程实战》笔记 | 12 连接无效：使用Keep-Alive还是应用心跳来检测？

0 前言

之所以要进行连接无效的检查，是因为有应用场景需要保持 TCP 连接处于可用状态，如果连接断开，可能需要报错或者重新发起连接。就比如即时通信软件，当与服务器断开连接而不自知，当你想发消息才发现断开连接，可能你追了很久的那个人突然给你发了一条消息，“我有点想你”，过了几分钟就撤回了，你断开连接而不自知，就错过了进一步发展的机会。

1 TCP Keep-Alive 选项

Keep-Alive 是 TCP 协议本身有一个保活机制，设定一个保活计时器，当有数据交互时，会重置保活计时器。当连接上一直没有数据，保活时间到，会每个一段时间就发送探测报文，若连续几个探测报文都没有相应，则认为TCP 连接死亡，系统内核将错误信息通知给上层应用程序。
该机制有三个可定义变量：保活时间、保活时间间隔和保活探测次数，在 Linux 系统中，这些变量分别对应 sysctl 变量：net.ipv4.tcp_keepalive_time、net.ipv4.tcp_keepalive_intvl、 net.ipv4.tcp_keepalve_probes，默认设置是 7200 秒（2小时）、75 秒和 9 次探测。也就是2个小时都没有报文交互，则发送探测报文，探测报文间隔75 秒发送，当9次都没有回复，则判断连接死亡。

matt@ubuntu:~$ sudo sysctl -a | grep net.ipv4.tcp_keepalive
[sudo] password for matt:
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 75
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 9
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 7200

因为早起网络带宽资源有限，所以默认的保活机制的频率很低，很多时延敏感系统中，默认的这个时间间隔不可接受，需要重新配置参数，或者在应用层寻找解决方案。

2 应用层探活

应用层设计保活程序，可以设计 PING-PONG 的机制，需要保活则发起一个 PING 报文，得到 PONG 回复则重置保活时间，否则探测次数计数，继续发送，达到预设次数，则判定连接无效。
关键点：
1. 需要使用定时器，可以使用 I/O 多路复用（select，epoll等都带有超时机制）自身的机制实现；如使用 select 时，成功则返回监听到时间的描述符个数，失败返回-1，超时返回 0 ；

#define KEEP_ALIVE_PROBETIMES 3 //探测次数
#define KEEP_ALIVE_INTERVAL   3 //探测间隔
#define KEEP_ALIVE_TIME      10 //保活时间

    struct timeval tv;
    int heartbeats = 0;
    tv.tv_sec = KEEP_ALIVE_TIME;
    tv.tv_usec = 0;

    int rc = select(socket_fd + 1, &readmask, NULL, NULL, &tv);
    if(rc<0){
        perror("select failed");
        exit(1);
    }
    if(rc == 0){
        if(++heartbeats >KEEP_ALIVE_PROBETIMES){
            printf("connection dead");
            exit(0);
        }
        printf("sending heartbead #%d\n", heartbeats);
        ping_message.type = htonl(MSG_PING);
        rc = send(socket_fd,(char *)&ping_message, sizeof(messageObject),0);
        if(rc<0){
            perror("send failed");
            exit(1);
        }
        tv.tv_sec = KEEP_ALIVE_INTERVAL;
        continue;
    }

  2. 需要设计一个 PING-PONG 协议。

typedef struct {
 u_int32_t type;
 char data[1024];
} messageObject;
#define MSG_PING 1
#define MSG_PONG 2
#define MSG_TYPE1 11
#define MSG_TYPE2 21