TCP Keepalive 指南

GrissomFI2024年11月22日约 6 分钟

什么是 TCP Keepalive？

TCP Keepalive 是一种 TCP 协议内置的探测机制，用于检测长时间未活动的连接是否仍然存活。当启用了 Keepalive 后，TCP 会在连接空闲一定时间后，定期向对端发送探测包，如果未收到对端的响应，则会尝试多次探测，最终关闭连接。

用途：

检测并清理死连接，防止资源长期占用。提高系统的可靠性，适用于长连接场景（如数据库连接、RPC 调用等）。快速感知网络断开，便于应用层及时处理。

2. TCP Keepalive 的工作流程

大致工作流程如下：

• 空闲时间检测：TCP 连接进入空闲状态超过 tcp_keepalive_time 后，开始发送探测包。
• 发送探测包：每隔 tcp_keepalive_intvl 秒发送一次探测包。
• 响应与失败处理：

• 如果对端响应，则认为连接正常；
• 如果连续发送 tcp_keepalive_probes 次探测包无响应，则认为连接已断开，关闭连接。

3. TCP Keepalive 参数详解

TCP Keepalive 的核心参数可以通过 /proc/sys/net/ipv4/文件调整：

参数名称	默认值	参数含义
`tcp_keepalive_time`	7200 秒	连接空闲多久后开始发送探测包（秒）
`tcp_keepalive_intvl`	75 秒	探测包之间的间隔时间（秒）
`tcp_keepalive_probes`	9 次	探测失败前最多发送的探测包数量

示例：调整 Keepalive 参数（以 60 秒空闲时间为例）：

sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_time=60
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=10
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_probes=3

4. TCP Keepalive 的启用方式

TCP Keepalive 功能的启用分为两层：应用层启用和系统层配置。

4.1 应用层显式启用

TCP Keepalive 功能必须由应用程序显式调用 SO_KEEPALIVE 选项开启，操作系统参数仅作为默认配置，服务于已启用的应用。

在应用层中，可通过以下代码启用 Keepalive：

int keepalive = 1; // 开启 Keepalive
int keepidle = 60; // 空闲 60 秒后开始探测
int keepintvl = 10; // 每隔 10 秒探测一次
int keepcnt = 3; // 最多探测 3 次 // 设置 SO_KEEPALIVE
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &keepalive, sizeof(keepalive));
 // 设置 TCP_KEEPIDLE
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPIDLE, &keepidle, sizeof(keepidle));
 // 设置 TCP_KEEPINTVL
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPINTVL, &keepintvl, sizeof(keepintvl));
 // 设置 TCP_KEEPCNT
setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, &keepcnt, sizeof(keepcnt));

4.2 系统层参数配置

如果应用层未显式启用 TCP Keepalive（如没有设置 SO_KEEPALIVE），仅调整系统参数（如 net.ipv4.tcp_keepalive_time）是无效的。系统参数的作用是为已启用 Keepalive 的连接提供默认行为，不能全局强制启用 Keepalive。

5. 客户端与服务端的 Keepalive 配置

5.1 客户端 Socket 连接场景

客户端需要显式在程序中启用 TCP Keepalive，例如：

Socket socket = new Socket();
socket.setKeepAlive(true); // 启用 Keepalive

或通过框架提供的配置项（如 Netty、Spring 等）启用 Keepalive。

5.2 服务端 Socket 监听场景

服务端可以通过套接字监听程序设置 Keepalive，适用于清理死连接的场景：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
serverSocket.setReuseAddress(true); // 可选
serverSocket.setKeepAlive(true); // 启用 Keepalive

对于使用 Nginx、Apache 等 Web 服务器的场景，可以通过配置文件显式启用 Keepalive。例如：

keepalive_timeout 60;

6. 如何确认 TCP Keepalive 是否生效

6.1 检查套接字选项

使用 ss 或 netstat 查看连接是否启用了 Keepalive：

ss -4no state established | grep 2379
tcp    0      0      172.18.120.55:2379                 172.18.120.56:52104                 timer:(keepalive,19sec,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:2379                 172.18.20.153:48184                 timer:(keepalive,14sec,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:2379                 172.18.120.55:49988                 timer:(keepalive,6.493ms,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:2379                 172.18.120.56:52176                 timer:(keepalive,3.549ms,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:51590                172.18.20.153:2379                  timer:(keepalive,11sec,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:49878                172.18.120.55:2379                  timer:(keepalive,9.693ms,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:49564                172.18.20.153:2379                  timer:(keepalive,9.565ms,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:2379                 172.18.120.56:50060                 timer:(keepalive,17sec,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:2379                 172.18.120.55:48138                 timer:(keepalive,17sec,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:37618                172.18.20.153:2379                  timer:(keepalive,2.845ms,0)
tcp    0      0      172.18.120.55:2379                 172.18.20.153:53632                 timer:(keepalive,18sec,0)

timer:(keepalive,19sec,0)

• 表示启用了 TCP Keepalive 功能，且计时器处于 Keepalive 状态。
• keepalive：当前连接处于 Keepalive 探测模式。
• 19sec：距离下一次 Keepalive 探测还有 19 秒。
• 0：表明当前尚未检测到丢包（即 Keepalive 探测未失败）。

netstat -4npo | grep -i established | head
tcp        0      0 172.18.120.55:2379      172.18.120.56:52104     ESTABLISHED 8072/etcd            keepalive (11.02/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:2379      172.18.20.153:48184     ESTABLISHED 8072/etcd            keepalive (0.52/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:2379      172.18.120.55:49988     ESTABLISHED 8072/etcd            keepalive (5.13/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:2379      172.18.120.56:52176     ESTABLISHED 8072/etcd            keepalive (24.84/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:51590     172.18.20.153:2379      ESTABLISHED 8804/kube-apiserver  keepalive (1.42/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:49878     172.18.120.55:2379      ESTABLISHED 8804/kube-apiserver  keepalive (8.01/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:49564     172.18.20.153:2379      ESTABLISHED 8804/kube-apiserver  keepalive (12.87/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:2379      172.18.120.56:50060     ESTABLISHED 8072/etcd            keepalive (5.77/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:2379      172.18.120.55:48138     ESTABLISHED 8072/etcd            keepalive (19.08/0/0)
tcp        0      0 172.18.120.55:37618     172.18.20.153:2379      ESTABLISHED 8804/kube-apiserver  keepalive (14.60/0/0)
...

keepalive (23.96/0/0):

• 表示当前 TCP 连接已启用 Keepalive 功能;
• 23.96: 距离下次发送 Keepalive 探测包的剩余时间（单位为秒）;
• 0: 当前未检测到失败的探测包计数;
• 0: 累积的重传探测次数。

6.2 抓包验证

使用 tcpdump 检查 Keepalive 探测包：

tcpdump -i eth0 tcp port <port> and tcp[tcpflags] == tcp-ack

6.3 调试日志

检查应用日志中是否存在与 Keepalive 探测相关的异常或断开信息。

参考

TCP Keepalive HOWTO（https://tldp.org/HOWTO/TCP-Keepalive-HOWTO/index.html）：此文档描述了 Linux 内核中的 TCP keepalive 实现，介绍了总体概念并指出了系统配置和软件开发。