TCP链接keepalive机制介绍

Posted 2021-06-22 Simple is Better.

什么是KeepAlive

KeepAlive可以简单理解为一种状态保持或重用机制，比如当一条连接建立后，我们不想它立刻被关闭，如果实现了KeepAlive机制，就可以通过它来实现连接的保持。
简单的说就是当你跟女朋友打电话但是没话讲，又不能挂的时候，每隔固定周期喊一声“喂你还在吗”的机制。

TCP为什么要做KeepAlive

1. 我们都知道TCP的三次握手和四次挥手。当两端通过三次握手建立TCP连接后，就可以传输数据了，数据传输完毕，连接并不会自动关闭，而是一直保持。只有两端分别通过发送各自的 FIN 报文时，才会关闭自己侧的连接。
2. 这个关闭机制看起来简单明了，但实际网络环境千变万化，衍生出了各种问题。假设因为实现缺陷、突然崩溃、恶意攻击或网络丢包等原因，一方一直没有发送 FIN 报文，则连接会一直保持并消耗着资源，为了防止这种情况，一般接收方都会主动中断一段时间没有数据传输的TCP连接，比如LVS会默认中断90秒内没有数据传输的TCP连接，F5会中断5分钟内没有数据传输的TCP连接
3. 但有的时候我们的确不希望中断空闲的TCP连接，因为建立一次TCP连接需要经过一到两次的网络交互，且由于TCP的 slow start 机制，新的TCP连接开始数据传输速度是比较慢的，我们希望通过连接池模式，保持一部分空闲连接，当需要传输数据时，可以从连接池中直接拿一个空闲的TCP连接来全速使用，这样对性能有很大提升
4. 为了支持这种情况，TCP实现了KeepAlive机制。KeepAlive机制并不是TCP规范的一部分，但无论Linux和Windows都实现实现了该机制。TCP实现里KeepAlive默认都是关闭的，且是每个连接单独设置的，而不是全局设置

Implementors MAY include "keep-alives" in their TCP implementations, although this practice is not universally accepted. If keep-alives are included, the application MUST be able to turn them on or off for each TCP connection, and they MUST default to off.

另外有一个特殊情况就是，当某应用进程关闭后，如果还有该进程相关的TCP连接，一般来说操作系统会自动关闭这些连接

如何查看TCP的keepalive参数配置

Linux中KeepAlive相关的配置可以通过如下方式查看

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

在Linux中我们可以通过修改内核参数 /etc/sysctl.conf 的全局配置：

net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9

添加上面的配置后输入 sysctl -p 使其生效，你可以使用 sysctl -a | grep keepalive 命令来查看当前的默认配置

如果应用中已经设置SO_KEEPALIVE，程序不用重启，内核直接生效

如何监测TCP连接的keepalive状态

ss -aoen|grep ESTAB

观察结果中的timer，为程序中定义的keepalive定时器，持续执行可以看到时间缩小后再次计时。