Linux下關于TCP的keep alive的實現源碼分析
來源：程序員人生 發布時間：2015-01-23 08:45:25 閱讀次數：2614次
TCP下的Keep Alive
我們常說的TCP的keep alive，就是為了保證連接的有效性，在間隔1定的時間發探測包，根據回復來確認該連接是不是有效。通常上層利用會自己提供心跳檢測機制，而Linux內核本身也提供了從內核層面的確保連接有效性的方式。
在sock 函數中可以設置是不是需要打開keep alive開關，默許建立socket 是關閉keep alive的。代碼以下
optval = 1;
optlen = sizeof(optval);
if(setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &optval, optlen) < 0) {
perror("setsockopt()");
close(s);
exit(EXIT_FAILURE);
}
Keep Alive 的控制參數
tcp_keepalive_time 參數
控制keep alive的最長空閑時間
tcp_keepalive_probes 參數
當超過最長空間時間后，內核會嘗試發出探測包確認客戶端時候存活，該參數控制的是嘗試的次數
tcp_keepalive_intvl 參數
當超過最長空閑時間后，內核會發出探測包，當沒有收到確認回復的，該參數控制下個探測包的時間
Linux下如何實現Keep Alive
sock結構體中的timer_list
在sock結構體中，存在timer_list的結構體sk_timer，參考下面結構
struct sock{
...
struct timer_list sk_timer;
...
}
struct timer_list {
struct list_head entry;
unsigned long expires;
void (*function)(unsigned long);
unsigned long data;
struct tvec_base *base;
#ifdef CONFIG_TIMER_STATS
void *start_site;
char start_comm[16];
int start_pid;
#endif
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};
timer_list結構體，是在sock里經常使用的timer履行鏈表，entry代表的是鏈表的頭， expires代表的失效時間，而function就是履行的函數。
注冊keepalive處理函數
void inet_csk_init_xmit_timers(struct sock *sk,
void (*retransmit_handler)(unsigned long),
void (*delack_handler)(unsigned long),
void (*keepalive_handler)(unsigned long))
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
setup_timer(&icsk->icsk_retransmit_timer, retransmit_handler,
(unsigned long)sk);
setup_timer(&icsk->icsk_delack_timer, delack_handler,
(unsigned long)sk);
setup_timer(&sk->sk_timer, keepalive_handler, (unsigned long)sk);//注冊了函數在sk_timer中
icsk->icsk_pending = icsk->icsk_ack.pending = 0;
}
當連接完成的時候（也就是握手成功的時候），在新生成的sock里面的sk_timer結構體中，注冊了函數keepalive_handler函數
void tcp_init_xmit_timers(struct sock *sk)
{
inet_csk_init_xmit_timers(sk, &tcp_write_timer, &tcp_delack_timer,
&tcp_keepalive_timer);
}
而keepalive_handler函數就是tcp_keepalive_timer函數
static void tcp_keepalive_timer (unsigned long data)
{
......
if (!sock_flag(sk, SOCK_KEEPOPEN) || sk->sk_state == TCP_CLOSE)
goto out;
elapsed = keepalive_time_when(tp);
/* It is alive without keepalive 8) */
if (tp->packets_out || tcp_send_head(sk))
goto resched;
elapsed = tcp_time_stamp - tp->rcv_tstamp;
if (elapsed >= keepalive_time_when(tp)) {
if (icsk->icsk_probes_out >= keepalive_probes(tp)) {
tcp_send_active_reset(sk, GFP_ATOMIC);
tcp_write_err(sk);
goto out;
}
if (tcp_write_wakeup(sk) <= 0) {
icsk->icsk_probes_out++;
elapsed = keepalive_intvl_when(tp);
} else {
/* If keepalive was lost due to local congestion,
* try harder.
*/
elapsed = TCP_RESOURCE_PROBE_INTERVAL;
}
} else {
/* It is tp->rcv_tstamp + keepalive_time_when(tp) */
elapsed = keepalive_time_when(tp) - elapsed;
}
.....
}
上面只是截取了1部份代碼，重點是前面提到的參數的實現，代碼首先先檢查了是不是在sock里設置了參數SO_KEEPALIVE，也就是sock里面的flag:SOCK_KEEPOPEN。
如果設置了socket的SO_KEEPALIVE，才繼續檢查時間戳，取的上次收到包的時間戳和當前時間戳的差值，進行和參數keepalive_time的比較，如果已超時了，那末檢查發已出探測包失敗的次數，如果次數已比keepalive_probes的大，那末發出reset包，同時寫毛病報告，關閉sock。
如果比設置的探測包次數小的話，那發出探測包，同時設置下次的校驗的時間戳為keepalive_intvl, 而不在是keepalive_time。
注意：在這里keepalive_intvl只是控制觸發下次校驗的時間
計算結束無效連接的時間N會有兩種情況
a. keepalive_intvl 的時間比 keepalive_time 大
N=keepalive_time +keepalive_intvl*keepalive_probes
b. keepalive_intvl 的時間比 keepalive_time小
N=keepalive_time +keepalive_time*keepalive_probes
這也就是為何在默許設置里，認為無效的連接的時間實際上是7200*6 要12小時才會斷掉連接
代碼中設置keepalive_time,keepalive_probes,keepalive_intvl
setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, &val, sizeof(int))
setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, &val, sizeof(int))
setsockopt(s, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, &val, sizeof(int))
所對應的3個參數 TCP_KEEPIDLE --> keepalive_time, TCP_KEEPINTVL--> keepalive_intvl, TCP_KEEPCNT--> keepalive_probes
3個參數本身也有最大值的保護，TCP_KEEPIDLE 最大是32767 TCP_KEEPINTVL 最大值是32767 TCP_KEEPCNT 最大值是127
JAVA中并沒有提供對這些參數的修改
處理中的定時器
而TCP連接進程中，會有很多的定時器timer，做1些定時的檢查，比如前面的博客里提到的清除accept queue的定時器，ack的定時器，有興趣的可以參考tcp_timer.c
定時器的主要作用就是在固定時的狀態下進行程序調用，在keep alive中就是定時發送探測包以肯定包的有效性。
JAVA設置Keep alive
Java 里只允許打開keep alive，但卻不允許設置keep alive的幾個相干參數,Java 對客戶端中打開keep alive直接調用Socket.setKeepAlive函數，而在
服務器真個ServerSocket 卻不允許設置keep alive的開關，你只能在accept 1個新的連接的socket 的時候設置。
如何能設置剛才的需要的參數在java中？這里只是提1個思路
在java里的最后JNI的調用中，設置了常量數組的保護，只有數組中的參數才被允許設置到socket中
const opts[] = {
{ java_net_SocketOptions_TCP_NODELAY, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY },
{ java_net_SocketOptions_SO_OOBINLINE, SOL_SOCKET, SO_OOBINLINE },
{ java_net_SocketOptions_SO_LINGER, SOL_SOCKET, SO_LINGER },
{ java_net_SocketOptions_SO_SNDBUF, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF },
{ java_net_SocketOptions_SO_RCVBUF, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF },
{ java_net_SocketOptions_SO_KEEPALIVE, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE },
{ java_net_SocketOptions_SO_REUSEADDR, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR },
{ java_net_SocketOptions_SO_BROADCAST, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST },
{ java_net_SocketOptions_IP_TOS, IPPROTO_IP, IP_TOS },
{ java_net_SocketOptions_IP_MULTICAST_IF, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF },
{ java_net_SocketOptions_IP_MULTICAST_IF2, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF },
{ java_net_SocketOptions_IP_MULTICAST_LOOP, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP },
};
直接設置是沒有辦法了，但可以用自己寫JNI的方法來添加，由于在socket里有FileDescriptor fd，而里面的int fd 就是對應到內核中socket的 fd, 只要拿到這個fd 就能夠調用自己的native方法來設置需要的參數,固然你也能夠寫自己的 socket, 來封裝1個寫setsocketoption的native 函數。
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