長連接和心跳包

摘自：http://blog.csdn.net/sctq8888/article/details/7426031

第一種設置：通過設置socket的keepalive屬性
#include    "/usr/include/linux/tcp.h"
#include "/usr/include/linux/socket.h"
////KeepAlive實現，單位秒
//下面代碼要求有ACE,如果沒有包含ACE,則請把用到的ACE函數改成linux相應的接口
int keepAlive = 1;//設定KeepAlive
int keepIdle = 5;//開始首次KeepAlive探測前的TCP空閉時間
int keepInterval = 5;//兩次KeepAlive探測間的時間間隔
int keepCount = 3;//判定斷開前的KeepAlive探測次數
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")));
}

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TCP協議中有長連接和短連接之分。短連接在數據包發送完成後就會自己斷開，長連接在發包完畢後，會在一定的時間內保持連接，即我們通常所說的Keepalive（存活定時器）功能。
默認的Keepalive超時需要7,200,000 milliseconds，即2小時，探測次數爲5次。它的功效和用戶自己實現的心跳機制是一樣的。開啓Keepalive功能需要消耗額外的寬帶和流量，儘管這微不足道，但在按流量計費的環境下增加了費用，另一方面，Keepalive設置不合理時可能會因爲短暫的網絡波動而斷開健康的TCP連接。

keepalive並不是TCP規範的一部分。在Host Requirements RFC羅列有不使用它的三個理由：（1）在短暫的故障期間，它們可能引起一個良好連接（good connection）被釋放（dropped），（2）它們消費了不必要的寬帶，（3）在以數據包計費的互聯網上它們（額外）花費金錢。然而，在許多的實現中提供了存活定時器。

一些服務器應用程序可能代表客戶端佔用資源，它們需要知道客戶端主機是否崩潰。存活定時器可以爲這些應用程序提供探測服務。Telnet服務器和Rlogin服務器的許多版本都默認提供存活選項。

個人計算機用戶使用TCP/IP協議通過Telnet登錄一臺主機，這是能夠說明需要使用存活定時器的一個常用例子。如果某個用戶在使用結束時只是關掉了電源，而沒有註銷（log off），那麼他就留下了一個半打開（half-open）的連接。如果客戶端消失，留給了服務器端半打開的連接，並且服務器又在等待客戶端的數據，那麼等待將永遠持續下去。存活特徵的目的就是在服務器端檢測這種半打開連接。

也可以在客戶端設置存活器選項，且沒有不允許這樣做的理由，但通常設置在服務器。如果連接兩端都需要探測對方是否消失，那麼就可以在兩端同時設置（比如NFS）。

keepalive工作原理：

若在一個給定連接上，兩小時之內無任何活動，服務器便向客戶端發送一個探測段。（我們將在下面的例子中看到探測段的樣子。）客戶端主機必須是下列四種狀態之一：

1) 客戶端主機依舊活躍（up）運行，並且從服務器可到達。從客戶端TCP的正常響應，服務器知道對方仍然活躍。服務器的TCP爲接下來的兩小時復位存活定時器，如果在這兩個小時到期之前，連接上發生應用程序的通信，則定時器重新爲往下的兩小時復位，並且接着交換數據。

2) 客戶端已經崩潰，或者已經關閉（down），或者正在重啓過程中。在這兩種情況下，它的TCP都不會響應。服務器沒有收到對其發出探測的響應，並且在75秒之後超時。服務器將總共發送10個這樣的探測，每個探測75秒。如果沒有收到一個響應，它就認爲客戶端主機已經關閉並終止連接。

3) 客戶端曾經崩潰，但已經重啓。這種情況下，服務器將會收到對其存活探測的響應，但該響應是一個復位，從而引起服務器對連接的終止。

4) 客戶端主機活躍運行，但從服務器不可到達。這與狀態2類似，因爲TCP無法區別它們兩個。它所能表明的僅是未收到對其探測的回覆。

 

服務器不必擔心客戶端主機被關閉然後重啓的情況（這裏指的是操作員執行的正常關閉，而不是主機的崩潰）。當系統被操作員關閉時，所有的應用程序進程（也就是客戶端進程）都將被終止，客戶端TCP會在連接上發送一個FIN。收到這個FIN後，服務器TCP向服務器進程報告一個文件結束，以允許服務器檢測這種狀態。

在第一種狀態下，服務器應用程序不知道存活探測是否發生。凡事都是由TCP層處理的，存活探測對應用程序透明，直到後面2，3，4三種狀態發生。在這三種狀態下，通過服務器的TCP，返回給服務器應用程序錯誤信息。（通常服務器向網絡發出一個讀請求，等待客戶端的數據。如果存活特徵返回一個錯誤信息，則將該信息作爲讀操作的返回值返回給服務器。）在狀態2，錯誤信息類似於“連接超時”。狀態3則爲“連接被對方復位”。第四種狀態看起來像連接超時，或者根據是否收到與該連接相關的ICMP錯誤信息，而可能返回其它的錯誤信息。

linux內核包含對keepalive的支持。其中使用了三個參數：tcp_keepalive_time（開啓keepalive的閒置時 長）tcp_keepalive_intvl（keepalive探測包的發送間隔）和tcp_keepalive_probes （如果對方不予應答，探測包的發送次數）；在liunx中，keepalive是一個開關選項，可以通過函數來使能。具體地說，可以使用以下代碼：
setsockopt(rs, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepAlive, sizeof(keepAlive));

當tcp檢測到對端socket不再可用時(不能發出探測包,或探測包沒有收到ACK的響應包),select會返回socket可讀,並且在recv時返回-1,同時置上errno爲ETIMEDOUT。此時TCP的狀態是斷開的。

keepalive參數設置代碼如下： 

// 開啓KeepAlive
BOOL bKeepAlive = TRUE;
int nRet = ::setsockopt(socket_handle, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (char*)&bKeepAlive, sizeof(bKeepAlive));
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}

// 設置KeepAlive參數
tcp_keepalive alive_in                = {0};
tcp_keepalive alive_out                = {0};
alive_in.keepalivetime                = 5000;                // 開始首次KeepAlive探測前的TCP空閉時間
alive_in.keepaliveinterval        = 1000;                // 兩次KeepAlive探測間的時間間隔
alive_in.onoff                                = TRUE;
unsigned long ulBytesReturn = 0;
nRet = WSAIoctl(socket_handle, SIO_KEEPALIVE_VALS, &alive_in, sizeof(alive_in),
&alive_out, sizeof(alive_out), &ulBytesReturn, NULL, NULL);
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
return FALSE;
}

開啓Keepalive選項之後，對於使用IOCP模型的服務器端程序來說，一旦檢測到連接斷開，GetQueuedCompletionStatus函數將立即返回FALSE，使得服務器端能及時清除該連接、釋放該連接相關的資源。對於使用select模型的客戶端來說，連接斷開被探測到時，以recv目的阻塞在socket上的select方法將立即返回SOCKET_ERROR，從而得知連接已失效，客戶端程序便有機會及時執行清除工作、提醒用戶或重新連接。

TCP連接非正常斷開的檢測(KeepAlive探測)

此處的”非正常斷開”指TCP連接不是以優雅的方式斷開,如網線故障等物理鏈路的原因,還有突然主機斷電等原因

有兩種方法可以檢測:1.TCP連接雙方定時發握手消息 2.利用TCP協議棧中的KeepAlive探測

第二種方法簡單可靠,只需對TCP連接兩個Socket設定KeepAlive探測。


在windows下使用，要包含MSTcpIP.h的頭文件。點擊下面的鏈接即可下載這個文件
  MSTcpIP 

備註：長連接雖好，但是比較好用但是佔用系統資源比較大。個人建議如無特殊需要，用自己的心跳包機制最好