寫在前面：

版本信息：

Linux內核2.6.24（大部分centos、ubuntu應該都在3.1+。但是2.6的版本比較穩定，后續版本本質變化也不是很大）

ipv4 協議

https://blog.csdn.net/ComplexMaze/article/details/124201088

本文使用案例如上地址，感謝案例的分享，本篇文章核心部分還是在Linux內核源碼分析～

為什么寫下這篇文章，因為在實際項目中，是無法避免TCP通訊（對于這點，可能大部分Java程序員感受不到底層的網絡通訊），正因為無法避免TCP通訊，恰好TCP通訊存在三次握手和四次揮手的過程，如果建立一次連接就三次握手和四次揮手，而我們清楚的知道三次握手和四次揮手是同步的過程，此過程也會帶來不少的時間浪費和資源的浪費。所以Linux內核TCP網絡協議棧就出現了KeepAlive機制，此機制減少三次握手和四次揮手次數，第一次建立連接后保持長連接，后續通訊就可以只考慮發送數據報文即可。往往出現一個機制解決某個問題，其他問題又出現，如果所有連接都建立長連接保活機制，而連接數又有限制，此時該如何解決呢？如下代碼，Linux使用心跳機制去檢測連接是否存活～

#define TCP_KEEPALIVE_TIME	(120*60*HZ)	    // 首次，2小時
#define TCP_KEEPALIVE_PROBES	9		    // 重試9次
#define TCP_KEEPALIVE_INTVL	(75*HZ)         // 后續，每75秒一次

在Linux內核中默認關閉KeepAlive
開啟KeepAlive后，默認2小時后往對端發送心跳包，檢查是否還活著
默認后續每75秒往對端發送心跳包，檢查是否還活著
默認當對端9次都沒有響應報文就發送RST報文，斷開TCP連接，釋放資源！
當然這一切參數都可以配置，通過sys_setsockopt系統調用，當然setsockopt函數庫就行啦

回到上述描述的話題，往往出現一個機制解決某個問題，其他問題又出現。解決了頻繁握手和揮手的時間，但是連接數量不夠的問題又出現了，可能很多連接建立在那里，完全不通訊了，或者對端已經斷網，或者宕機等等原因占用連接不釋放，而Linux默認一個連接存活檢測需要2個小時+ 才去檢測對端是否活著，如果說服務器的負荷比較大，2小時才檢測一次，會導致正常請求無法進行，所以此參數需要通過setsockopt函數庫重新設置參數（當然，如果是Java等等虛擬機語言，本身也有自身的封裝函數去操作setsockopt函數庫，或者直接調用sys_setsockopt系統調用，這個需要看語言手冊～！）話又說回來，如果設置的閾值大小、時間太短的問題也會很明顯，一直都在發心跳包檢測，甚至性能損耗大于了握手和揮手的時間，所以需要根據業務環境、服務器的硬件從性能損耗和空閑連接數量做折中考慮～

案例：

下面是C語言的服務端的案例源碼，此案例是借用的，但是我們重點關心機制～

/*server.c*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/wait.h>
#include <netinet/tcp.h>
?
#define PORT 4000//端口號 
#define BACKLOG 5/*最大監聽數*/ 
#define MAX_DATA 100//接收到的數據最大程度 
?
int main(){int sockfd,new_fd;/*socket句柄和建立連接后的句柄*/struct sockaddr_in my_addr;/*本方地址信息結構體，下面有具體的屬性賦值*/struct sockaddr_in their_addr;/*對方地址信息*/int sin_size;char buf[MAX_DATA];//儲存接收數據 
?sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//建立socket if(sockfd==-1){printf("socket failed:%d",errno);return -1;}my_addr.sin_family=AF_INET;/*該屬性表示接收本機或其他機器傳輸*/my_addr.sin_port=htons(PORT);/*端口號*/my_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);/*IP，括號內容表示本機IP*/bzero(&(my_addr.sin_zero),8);/*將其他屬性置0*/if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))<0){//綁定地址結構體和socketprintf("bind error");return -1;}listen(sockfd,BACKLOG);//開啟監聽 ，第二個參數是最大監聽數 while(1){sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&their_addr,&sin_size);//在這里阻塞知道接收到消息，參數分別是socket句柄，接收到的地址信息以及大小 // 開啟保活，1分鐘內探測不到，斷開連接int keep_alive = 1;int keep_idle = 3;int keep_interval = 1;int keep_count = 57;if (setsockopt(new_fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &keep_alive, sizeof(keep_alive))) {perror("Error setsockopt(SO_KEEPALIVE) failed");exit(1);}if (setsockopt(new_fd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPIDLE, &keep_idle, sizeof(keep_idle))) {perror("Error setsockopt(TCP_KEEPIDLE) failed");exit(1);}if (setsockopt(new_fd, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void *)&keep_interval, sizeof(keep_interval))) {perror("Error setsockopt(TCP_KEEPINTVL) failed");exit(1);}if (setsockopt(new_fd, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keep_count, sizeof(keep_count))) {perror("Error setsockopt(TCP_KEEPCNT) failed");exit(1);}while(new_fd != -1) {recv(new_fd,buf,MAX_DATA,0);//將接收數據打入buf，參數分別是句柄，儲存處，最大長度，其他信息（設為0即可）。 printf("%s",buf);}}return 0;
}

此服務端案例非常的簡單，當客戶端與服務端建立連接后，修改KeepAlive的機制參數，使用setsockopt庫函數修改。

SO_KEEPALIVE：開啟KeepAlive機制

TCP_KEEPIDLE：首次檢測的時長

TCP_KEEPINTVL：下次檢測的間隔時長

TCP_KEEPCNT：重試閾值次數

源碼分析：

首先看到TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTVL、TCP_KEEPCNT這三個參數的設置，源碼在net/ipv4/tcp.c 文件do_tcp_setsockopt方法，此方法由sys_setsockopt系統調用方法調用。

static int do_tcp_setsockopt(struct sock *sk, int level,int optname, char __user *optval, int optlen)
{struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);int val;int err = 0;switch (optname) {…………case TCP_KEEPIDLE:		// 設置第一次觸發的時間if (val < 1 || val > MAX_TCP_KEEPIDLE)err = -EINVAL;else {// 算出設置的時間tp->keepalive_time = val * HZ;// 如果KeepAlive機制已開啟，并且當前不是關閉狀態和監聽狀態。if (sock_flag(sk, SOCK_KEEPOPEN) &&!((1 << sk->sk_state) &(TCPF_CLOSE | TCPF_LISTEN))) {// 當前時間 - 上次ACK的時候 = 相對時間__u32 elapsed = tcp_time_stamp - tp->rcv_tstamp;if (tp->keepalive_time > elapsed)// 如果上次ACK同步的時間小于設置的時間，那就把剩余的時間算出來elapsed = tp->keepalive_time - elapsed;else// 如果上次ACK同步的時間大于設置的時間，那就立馬檢測elapsed = 0;// 設置內核的定時器inet_csk_reset_keepalive_timer(sk, elapsed);}}break;case TCP_KEEPINTVL:			// 設置每次的間隔時間if (val < 1 || val > MAX_TCP_KEEPINTVL)err = -EINVAL;elsetp->keepalive_intvl = val * HZ;break;case TCP_KEEPCNT:			// 設置閾值次數if (val < 1 || val > MAX_TCP_KEEPCNT)err = -EINVAL;elsetp->keepalive_probes = val;break;release_sock(sk);return err;
}

這里非常的簡單，通過switch case的形式把參數添加到結構體中，并且設置了首次觸發的時間

接下來，我們看到定時器何時設置的。在net/ipv4/tcp_ipv4.c 文件中tcp_v4_init_sock方法。

static int tcp_v4_init_sock(struct sock *sk)
{…………tcp_init_xmit_timers(sk);…………return 0;
}void tcp_init_xmit_timers(struct sock *sk)
{inet_csk_init_xmit_timers(sk, &tcp_write_timer, &tcp_delack_timer,&tcp_keepalive_timer);
}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);…………// 初始化sk->sk_timer，也即初始化timer_list// timer_list在內核是一個定時器的結構體init_timer(&sk->sk_timer);// 設置定時器的回調函數sk->sk_timer.function		     = keepalive_handler;…………
}

把大部分無關的代碼省略掉以后，源碼看起來非常的簡單，這里初始化了定時器，并且把定時器的回調函數設置成tcp_keepalive_timer，所以接下來，我們直接分析tcp_keepalive_timer方法即可。在net/ipv4/tcp_timer.c 文件中?tcp_keepalive_timer方法。

// 當達到keepalive設置的值以后回掉此方法。
static void tcp_keepalive_timer (unsigned long data)
{struct sock *sk = (struct sock *) data;struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);__u32 elapsed;/* Only process if socket is not in use. */bh_lock_sock(sk);if (sock_owned_by_user(sk)) {// 這里很簡單，因為鎖的原因，所以需要重試。inet_csk_reset_keepalive_timer (sk, HZ/20);goto out;}// 4次揮手階段，而此時達到了保活的檢測，此時發送RST報文給對端，表示我要斷開了，然后釋放資源即可。if (sk->sk_state == TCP_FIN_WAIT2 && sock_flag(sk, SOCK_DEAD)) {if (tp->linger2 >= 0) {const int tmo = tcp_fin_time(sk) - TCP_TIMEWAIT_LEN;if (tmo > 0) {tcp_time_wait(sk, TCP_FIN_WAIT2, tmo);goto out;}}tcp_send_active_reset(sk, GFP_ATOMIC);goto death;}// 如果KeepAlive沒有開啟，或者當前已經是關閉狀態if (!sock_flag(sk, SOCK_KEEPOPEN) || sk->sk_state == TCP_CLOSE)goto out;// 算出下次檢測的時間elapsed = keepalive_time_when(tp);// 此時正在發送報文，所以無須檢測，直接重置下次檢測的時間if (tp->packets_out || tcp_send_head(sk))goto resched;// 算出距離上一次ACK的相對時間elapsed = tcp_time_stamp - tp->rcv_tstamp;// 如果上一次ACK的相對時間 大于等于 設置的時間，那么就代表達到一次閾值if (elapsed >= keepalive_time_when(tp)) {// 查看是否達到次數閾值，達到閾值后直接發送RST報文給對方，然后關閉連接。if ((!tp->keepalive_probes && icsk->icsk_probes_out >= sysctl_tcp_keepalive_probes) ||(tp->keepalive_probes && icsk->icsk_probes_out >= tp->keepalive_probes)) {tcp_send_active_reset(sk, GFP_ATOMIC);tcp_write_err(sk);goto out;}// 沒達到閾值的情況// 嘗試發送報文給對方，看是否還活著if (tcp_write_wakeup(sk) <= 0) {// 如果回復了，那就把下次檢測的時間設置好icsk->icsk_probes_out++;elapsed = keepalive_intvl_when(tp);} else {		// 對端沒有回復，不知道是因為丟失還是怎么了，所以加快速度，嘗試下一次。elapsed = TCP_RESOURCE_PROBE_INTERVAL;}} else {// 沒有達到上次ACK的相對時間，所以算出差值，設置到定時器中。elapsed = keepalive_time_when(tp) - elapsed;}TCP_CHECK_TIMER(sk);sk_stream_mem_reclaim(sk);resched:// 把最新值設置到定時器中。inet_csk_reset_keepalive_timer (sk, elapsed);goto out;death:// 關閉連接，釋放資源。tcp_done(sk);out:bh_unlock_sock(sk);sock_put(sk);
}

此方法是當定時器結束后回調執行，檢測是否達到了我們設置或者默認的閾值，如果沒有達到，再設置下一次定時器的時間，如果達到了就發送RST報文，關閉連接，釋放資源～！