Linux下关于TCP的keep alive的实现源码分析


 TCP下的Keep Alive

我们常说的TCP的keep alive,就是为了保证连接的有效性,在间隔1定的时间发探测包,根据回复来确认该连接是不是有效。通常上层利用会自己提供心跳检测机制,而Linux内核本身也提供了从内核层面的确保连接有效性的方式。

在sock 函数中可以设置是不是需要打开keep alive开关,默许建立socket 是关闭keep alive的。代码以下

optval = 1;
optlen = sizeof(optval);
if(setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &optval, optlen) < 0) {
perror("setsockopt()");
close(s);
exit(EXIT_FAILURE);
}

Keep Alive 的控制参数

tcp_keepalive_time 参数

控制keep alive的最长空闲时间

tcp_keepalive_probes 参数

当超过最长空间时间后,内核会尝试发出探测包确认客户端时候存活,该参数控制的是尝试的次数

tcp_keepalive_intvl 参数

当超过最长空闲时间后,内核会发出探测包,当没有收到确认回复的,该参数控制下个探测包的时间

Linux下如何实现Keep Alive

sock结构体中的timer_list

在sock结构体中,存在timer_list的结构体sk_timer,参考下面结构

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结构体,是在sock里经常使用的timer履行链表,entry代表的是链表的头, expires代表的失效时间,而function就是履行的函数。

注册keepalive处理函数

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);//注册了函数在sk_timer中
icsk->icsk_pending = icsk->icsk_ack.pending = 0;
}

当连接完成的时候(也就是握手成功的时候),在新生成的sock里面的sk_timer结构体中,注册了函数keepalive_handler函数

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函数就是tcp_keepalive_timer函数

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部份代码,重点是前面提到的参数的实现,代码首先先检查了是不是在sock里设置了参数SO_KEEPALIVE,也就是sock里面的flag:SOCK_KEEPOPEN。

如果设置了socket的SO_KEEPALIVE,才继续检查时间戳,取的上次收到包的时间戳和当前时间戳的差值,进行和参数keepalive_time的比较,如果已超时了,那末检查发已出探测包失败的次数,如果次数已比keepalive_probes的大,那末发出reset包,同时写毛病报告,关闭sock。

 如果比设置的探测包次数小的话,那发出探测包,同时设置下次的校验的时间戳为keepalive_intvl, 而不在是keepalive_time。

注意:在这里keepalive_intvl只是控制触发下次校验的时间

计算结束无效连接的时间N会有两种情况

a.  keepalive_intvl 的时间比 keepalive_time 大

N=keepalive_time +keepalive_intvl*keepalive_probes

b. keepalive_intvl 的时间比 keepalive_time小

N=keepalive_time +keepalive_time*keepalive_probes

这也就是为何在默许设置里,认为无效的连接的时间实际上是7200*6 要12小时才会断掉连接

代码中设置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))

所对应的3个参数 TCP_KEEPIDLE  –> keepalive_time, TCP_KEEPINTVL–> keepalive_intvl, TCP_KEEPCNT–> keepalive_probes

3个参数本身也有最大值的保护,TCP_KEEPIDLE 最大是32767 TCP_KEEPINTVL 最大值是32767 TCP_KEEPCNT 最大值是127
JAVA中并没有提供对这些参数的修改
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