Socket 死连接详解
当使用 Socket 进行通信时，由于各种不同的因素，都有可能导致死连接停留在服务器端，假如服务端需要处理的连接较多，就有可能造成服务器资源严重浪费，对此，本文将阐述其原理以及解决方法。
在写 Socket 进行通讯时，我们必须预料到各种可能发生的情况并对其进行处理，通常情况下，有以下两种情况可能造成死连接：
- 通讯程序编写不完善
- 网络/硬件故障
a) 通讯程序编写不完善
这里要指出的一点就是，绝大多数程序都是由于程序编写不完善所造成的死连接，即对 Socket 未能进行完善的管理，导致占用端口导致服务器资源耗尽。当然，很多情况下，程序可能不是我们所写，而由于程序代码的复杂、杂乱等原因所导致难以维护也是我们所需要面对的。
网上有很多文章都提到 Socket 长时间处于 CLOSE_WAIT 状态下的问题，说可以使用 Keepalive 选项设置 TCP 心跳来解决，但是却发现设置选项后未能收到效果 。
因此，这里我分享出自己的解决方案：
Windows 中对于枚举系统网络连接有一些非常方便的 API：
- GetTcpTable : 获得 TCP 连接表
- GetExtendedTcpTable : 获得扩展后的 TCP 连接表，相比 GetTcpTable 更为强大，可以获取与连接的进程 ID
- SetTcpEntry : 设置 TCP 连接状态，但据 MSDN 所述，只能设置状态为 DeleteTcb，即删除连接
相信大多数朋友看到这些 API ，就已经了解到我们下一步要做什么了；枚举所有 TCP 连接，筛选出本进程的连接，最后判断是否 CLOSE_WAIT 状态，如果是，则使用 SetTcpEntry 关闭。
其实 Sysinternal 的 TcpView 工具也是应用上述 API 实现其功能的，此工具为我常用的网络诊断工具，同时也可作为一个简单的手动式网络防火墙。
下面来看 Zealic 封装后的代码：
TcpManager.cs
/**
<code>
<revsion>$Rev: 0 $</revision>
<owner name="Zealic" mail="rszealic(at)gmail.com" />
</code>
**/
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Net;
using System.Net.NetworkInformation;
using System.Runtime.InteropServices;
namespace Zealic.Network
{
/// <summary>
/// TCP 管理器
/// </summary>
public static class TcpManager
{
#region PInvoke define
private const int TCP_TABLE_OWNER_PID_ALL = 5;
[DllImport("iphlpapi.dll", SetLastError = true)]
private static extern uint GetExtendedTcpTable(
IntPtr pTcpTable, ref int dwOutBufLen, bool sort, int ipVersion, int tblClass, int reserved);
[DllImport("iphlpapi.dll")]
private static extern int SetTcpEntry(ref MIB_TCPROW pTcpRow);
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
private struct MIB_TCPROW
{
public TcpState dwState;
public int dwLocalAddr;
public int dwLocalPort;
public int dwRemoteAddr;
public int dwRemotePort;
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
private struct MIB_TCPROW_OWNER_PID
{
public TcpState dwState;
public uint dwLocalAddr;
public int dwLocalPort;
public uint dwRemoteAddr;
public int dwRemotePort;
public int dwOwningPid;
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
private struct MIB_TCPTABLE_OWNER_PID
{
public uint dwNumEntries;
private MIB_TCPROW_OWNER_PID table;
}
#endregion
private static MIB_TCPROW_OWNER_PID[] GetAllTcpConnections()
{
const int NO_ERROR = 0;
const int IP_v4 = 2;
MIB_TCPROW_OWNER_PID[] tTable = null;
int buffSize = 0;
GetExtendedTcpTable(IntPtr.Zero, ref buffSize, true, IP_v4, TCP_TABLE_OWNER_PID_ALL, 0);
IntPtr buffTable = Marshal.AllocHGlobal(buffSize);
try
{
if (NO_ERROR != GetExtendedTcpTable(buffTable, ref buffSize, true, IP_v4, TCP_TABLE_OWNER_PID_ALL, 0)) return null;
MIB_TCPTABLE_OWNER_PID tab =
(MIB_TCPTABLE_OWNER_PID)Marshal.PtrToStructure(buffTable, typeof(MIB_TCPTABLE_OWNER_PID));
IntPtr rowPtr = (IntPtr)((long)buffTable + Marshal.SizeOf(tab.dwNumEntries));
tTable = new MIB_TCPROW_OWNER_PID[tab.dwNumEntries];
int rowSize = Marshal.SizeOf(typeof(MIB_TCPROW_OWNER_PID));
for (int i = 0; i < tab.dwNumEntries; i++)
{
MIB_TCPROW_OWNER_PID tcpRow =
(MIB_TCPROW_OWNER_PID)Marshal.PtrToStructure(rowPtr, typeof(MIB_TCPROW_OWNER_PID));
tTable[i] = tcpRow;
rowPtr = (IntPtr)((int)rowPtr + rowSize);
}
}
finally
{
Marshal.FreeHGlobal(buffTable);
}
return tTable;
}
private static int TranslatePort(int port)
{
return ((port & 0xFF) << 8 | (port & 0xFF00) >> 8);
}
public static bool Kill(TcpConnectionInfo conn)
{
if (conn == null) throw new ArgumentNullException("conn");
MIB_TCPROW row = new MIB_TCPROW();
row.dwState = TcpState.DeleteTcb;
#pragma warning disable 612,618
row.dwLocalAddr = (int)conn.LocalEndPoint.Address.Address;
#pragma warning restore 612,618
row.dwLocalPort = TranslatePort(conn.LocalEndPoint.Port);
#pragma warning disable 612,618
row.dwRemoteAddr = (int)conn.RemoteEndPoint.Address.Address;
#pragma warning restore 612,618
row.dwRemotePort = TranslatePort(conn.RemoteEndPoint.Port);
return SetTcpEntry(ref row) == 0;
}
public static bool Kill(IPEndPoint localEndPoint, IPEndPoint remoteEndPoint)
{
if (localEndPoint == null) throw new ArgumentNullException("localEndPoint");
if (remoteEndPoint == null) throw new ArgumentNullException("remoteEndPoint");
MIB_TCPROW row = new MIB_TCPROW();
row.dwState = TcpState.DeleteTcb;
#pragma warning disable 612,618
row.dwLocalAddr = (int)localEndPoint.Address.Address;
#pragma warning restore 612,618
row.dwLocalPort = TranslatePort(localEndPoint.Port);
#pragma warning disable 612,618
row.dwRemoteAddr = (int)remoteEndPoint.Address.Address;
#pragma warning restore 612,618
row.dwRemotePort = TranslatePort(remoteEndPoint.Port);
return SetTcpEntry(ref row) == 0;
}
public static TcpConnectionInfo[] GetTableByProcess(int pid)
{
MIB_TCPROW_OWNER_PID[] tcpRows = GetAllTcpConnections();
if (tcpRows == null) return null;
List<TcpConnectionInfo> list = new List<TcpConnectionInfo>();
foreach (MIB_TCPROW_OWNER_PID row in tcpRows)
{
if (row.dwOwningPid == pid)
{
int localPort = TranslatePort(row.dwLocalPort);
int remotePort = TranslatePort(row.dwRemotePort);
TcpConnectionInfo conn =
new TcpConnectionInfo(
new IPEndPoint(row.dwLocalAddr, localPort),
new IPEndPoint(row.dwRemoteAddr, remotePort),
row.dwState);
list.Add(conn);
}
}
return list.ToArray();
}
public static TcpConnectionInfo[] GetTalbeByCurrentProcess()
{
return GetTableByProcess(Process.GetCurrentProcess().Id);
}
}
}
|
TcpConnectionInfo.cs
/**
<code>
<revsion>$Rev: 608 $</revision>
<owner name="Zealic" mail="rszealic(at)gmail.com" />
</code>
**/
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Net;
using System.Net.NetworkInformation;
namespace Zealic.Network
{
/// <summary>
/// TCP 连接信息
/// </summary>
public sealed class TcpConnectionInfo : IEquatable<TcpConnectionInfo>, IEqualityComparer<TcpConnectionInfo>
{
private readonly IPEndPoint _LocalEndPoint;
private readonly IPEndPoint _RemoteEndPoint;
private readonly TcpState _State;
public TcpConnectionInfo(IPEndPoint localEndPoint, IPEndPoint remoteEndPoint, TcpState state)
{
if (localEndPoint == null) throw new ArgumentNullException("localEndPoint");
if (remoteEndPoint == null) throw new ArgumentNullException("remoteEndPoint");
_LocalEndPoint = localEndPoint;
_RemoteEndPoint = remoteEndPoint;
_State = state;
}
public IPEndPoint LocalEndPoint
{
get { return _LocalEndPoint; }
}
public IPEndPoint RemoteEndPoint
{
get { return _RemoteEndPoint; }
}
public TcpState State
{
get { return _State; }
}
public bool Equals(TcpConnectionInfo x, TcpConnectionInfo y)
{
return (x.LocalEndPoint.Equals(y.LocalEndPoint) && x.RemoteEndPoint.Equals(y.RemoteEndPoint));
}
public int GetHashCode(TcpConnectionInfo obj)
{
return obj.LocalEndPoint.GetHashCode() ^ obj.RemoteEndPoint.GetHashCode();
}
public bool Equals(TcpConnectionInfo other)
{
return Equals(this, other);
}
public override bool Equals(object obj)
{
if (obj == null || !(obj is TcpConnectionInfo))
return false;
return Equals(this, (TcpConnectionInfo)obj);
}
}
}
|
至此，我们可以通过 TcpManager 类的 GetTableByProcess 方法获取进程中所有的 TCP 连接信息，然后通过 Kill 方法强制关连接以回收系统资源，虽然很C很GX，但是很有效。
通常情况下，我们可以使用 Timer 来定时检测进程中的 TCP 连接状态，确定其是否处于 CLOSE_WAIT 状态，当超过指定的次数/时间时，就把它干掉。
不过，相对这样的解决方法，我还是推荐在设计 Socket 服务端程序的时候，一定要管理所有的连接，而非上述方法。
b) 网络/硬件故障
现在我们再来看第二种情况，当网络/硬件故障时，如何应对；与上面不同，这样的情况 TCP 可能处于 ESTABLISHED、CLOSE_WAIT、FIN_WAIT 等状态中的任何一种，这时才是 Keepalive 该出马的时候。
默认情况下 Keepalive 的时间设置为两小时，如果是请求比较多的服务端程序，两小时未免太过漫长，等到它时间到，估计连黄花菜都凉了，好在我们可以通过 Socket.IOControl 方法手动设置其属性，以达到我们的目的。
关键代码如下：
// 假设 accepted 到的 Socket 为变量 client
...
// 设置 TCP 心跳，空闲 15 秒，每 5 秒检查一次
byte[] inOptionValues = new byte[4 * 3];
BitConverter.GetBytes((uint)1).CopyTo(inOptionValues, 0);
BitConverter.GetBytes((uint)15000).CopyTo(inOptionValues, 4);
BitConverter.GetBytes((uint)5000).CopyTo(inOptionValues, 8);
client.IOControl(IOControlCode.KeepAliveValues, inOptionValues, null);
|
以上代码的作用就是设置 TCP 心跳为 5 秒，当三次检测到无法与客户端连接后，将会关闭 Socket。
相信上述代码加上说明，对于有一定基础读者理解起来应该不难，今天到此为止。
c) 结束语
其实对于 Socket 程序设计来说，良好的通信协议才是稳定的保证，类似于这样的问题，如果在应用程序通信协议中加入自己的心跳包，不仅可以处理多种棘手的问题，还可以在心跳 中加入自己的简单校验功能，防止包数据被 WPE 等软件篡改。但是，很多情况下这些都不是我们所能决定的，因此，才有了本文中提出的方法。
警告 ：本文系 Zealic 创作，并基于 CC 3.0 共享创作许可协议 发布，如果您转载此文或使用其中的代码，请务必先阅读协议内容。
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