高性能网络里,你不知道的TIME_WAIT解疑(下)

继上一篇文章TIME_WAIT和CLOSE_WAIT解疑(上), 继续答疑！ 先回答几个问题​： Q：请问我们所说连接池可以复用连接，是不是意味着，需要等到上个连接time wait结束后才能再次使用?

A：所谓连接池复用，复用的一定是活跃的连接，所谓活跃，第一表明连接池里的连接都是ESTABLISHED的，第二，连接池做为上层应用，会有定时的心跳去保持连接的活跃性。既然连接都是活跃的，那就不存在有TIME_WAIT的概念了，在上篇里也有提到，TIME_WAIT是在主动关闭连接的一方，在关闭连接后才进入的状态。既然已经关闭了，那么这条连接肯定已经不在连接池里面了，即被连接池释放了。

Q：想请问下，作为负载均衡的机器随机端口使用完的情况下大量time_wait，不调整你文字里说的那三个参数，有其他的更好的方案吗？​

第一，随机端口使用完，你可以通过调整/etc/sysctl.conf下的net.ipv4.ip_local_port_range配置，至少修改成 net.ipv4.ip_local_port_range=1024 65535，保证你的负载均衡服务器至少可以使用6万个随机端口，也即可以有6万的反向代理到后端的连接，可以支持每秒1000的并发（想一想，因为TIME_WAIT状态会持续1分钟后消失，所以一分钟最多有6万，每秒1000）；如果这么多端口都使用完了，也证明你应该加服务器了，或者，你的负载均衡服务器需要配置多个IP地址，或者，你的后端服务器需要监听更多的端口和配置更多的IP（想一下socket的五元组） 第二，大量的TIME_WAIT，多大量？如果是几千个，其实不用担心，因为这个内存和CPU的消耗有一些，但是是可以忽略的。 第三，如果真的量很大，上万上万的那种，可以考虑，让后端的服务器主动关闭连接，如果后端服务器没有外网的连接只有负载均衡服务器的连接（主要是没有NAT网络的连接），可以在后端服务器上配置tw_recycle，然后同时，在负载均衡服务器上，配置tw_reuse。参见本文后面的解释。

Q：如果想深入的学习一下网络方面的知识，有什么推荐的？

学习网络比学一门编程语言“难”很多。所谓难，其实，是因为需要花很多的时间投入。我自己不算精通，只能说入门和理解。基本书可以推荐：《TCP/IP 协议详解》，必读；《TCP/IP高效编程：改善网络程序的44个技巧》，必读；《Unix环境高级编程》，必读；《Unix网络编程：卷一》，我只读过卷一；另外，还需要熟悉一下网络工具，tcpdump以及wireshark，我的notes里有一个一站式学习Wireshark：https://github.com/dafang/notebook/issues/114，也值得一读。有了这些积累，可能就是一些实践以及碎片化的学习和积累了。

TIME_WAIT很多，可怕吗？

如果你通过 ss -tan state time-wait | wc -l 发现，系统中有很多TIME_WAIT，很多人都会紧张。多少算多呢？几百几千？如果是这个量级，其实真的没必要紧张。第一，这个量级，因为TIME_WAIT所占用的内存很少很少；因为记录和寻找可用的local port所消耗的CPU也基本可以忽略。

会占用内存吗？当然！任何你可以看到的数据，内核里都需要有相关的数据结构来保存这个数据啊。一条Socket处于TIME_WAIT状态，它也是一条“存在”的socket，内核里也需要有保持它的数据：

[]内核里有保存所有连接的一个hash table，这个hash table里面既包含TIME_WAIT状态的连接，也包含其他状态的连接。主要用于有新的数据到来的时候，从这个hash table里快速找到这条连接。不同的内核对这个hash table的大小设置不同，你可以通过dmesg命令去找到你的内核设置的大小：[/]

[attach]831[/attach]

[]还有一个hash table用来保存所有的bound ports，主要用于可以快速的找到一个可用的端口或者随机端口：[/]

[attach]832[/attach]由于内核需要保存这些数据，必然，会占用一定的内存。 会消耗CPU吗？当然！每次找到一个随机端口，还是需要遍历一遍bound ports的吧，这必然需要一些CPU时间。

TIME_WAIT很多，既占内存又消耗CPU，这也是为什么很多人，看到TIME_WAIT很多，就蠢蠢欲动的想去干掉他们。其实，如果你再进一步去研究，1万条TIME_WAIT的连接，也就多消耗1M左右的内存，对现代的很多服务器，已经不算什么了。至于CPU，能减少它当然更好，但是不至于因为1万多个hash item就担忧。

如果，你真的想去调优，还是需要搞清楚别人的调优建议，以及调优参数背后的意义！ TIME_WAIT调优，你必须理解的几个调优参数在具体的图例之前，我们还是先解析一下相关的几个参数存在的意义。net.ipv4.tcp_timestamps

RFC 1323 在 TCP Reliability一节里，引入了timestamp的TCP option，两个4字节的时间戳字段，其中第一个4字节字段用来保存发送该数据包的时间，第二个4字节字段用来保存最近一次接收对方发送到数据的时间。有了这两个时间字段，也就有了后续优化的余地。tcp_tw_reuse 和 tcp_tw_recycle就依赖这些时间字段。

net.ipv4.tcp_tw_reuse

字面意思，reuse TIME_WAIT状态的连接。时刻记住一条socket连接，就是那个五元组，出现TIME_WAIT状态的连接，一定出现在主动关闭连接的一方。所以，当主动关闭连接的一方，再次向对方发起连接请求的时候（例如，客户端关闭连接，客户端再次连接服务端，此时可以复用了；负载均衡服务器，主动关闭后端的连接，当有新的HTTP请求，负载均衡服务器再次连接后端服务器，此时也可以复用），可以复用TIME_WAIT状态的连接。通过字面解释，以及例子说明，你看到了，tcp_tw_reuse应用的场景：某一方，需要不断的通过“短连接”连接其他服务器，总是自己先关闭连接(TIME_WAIT在自己这方)，关闭后又不断的重新连接对方。那么，当连接被复用了之后，延迟或者重发的数据包到达，新的连接怎么判断，到达的数据是属于复用后的连接，还是复用前的连接呢？那就需要依赖前面提到的两个时间字段了。复用连接后，这条连接的时间被更新为当前的时间，当延迟的数据达到，延迟数据的时间是小于新连接的时间，所以，内核可以通过时间判断出，延迟的数据可以安全的丢弃掉了。这个配置，依赖于连接双方，同时对timestamps的支持。同时，这个配置，仅仅影响outbound连接，即做为客户端的角色，连接服务端[connect(dest_ip, dest_port)]时复用TIME_WAIT的socket。

net.ipv4.tcp_tw_recycle

字面意思，销毁掉 TIME_WAIT。当开启了这个配置后，内核会快速的回收处于TIME_WAIT状态的socket连接。多快？不再是2MSL，而是一个RTO（retransmission timeout，数据包重传的timeout时间）的时间，这个时间根据RTT动态计算出来，但是远小于2MSL。有了这个配置，还是需要保障 丢失重传或者延迟的数据包，不会被新的连接(注意，这里不再是复用了，而是之前处于TIME_WAIT状态的连接已经被destroy掉了，新的连接，刚好是和某一个被destroy掉的连接使用了相同的五元组而已)所错误的接收。在启用该配置，当一个socket连接进入TIME_WAIT状态后，内核里会记录包括该socket连接对应的五元组中的对方IP等在内的一些统计数据，当然也包括从该对方IP所接收到的最近的一次数据包时间。当有新的数据包到达，只要时间晚于内核记录的这个时间，数据包都会被统统的丢掉。这个配置，依赖于连接双方对timestamps的支持。同时，这个配置，主要影响到了inbound的连接（对outbound的连接也有影响，但是不是复用），即做为服务端角色，客户端连进来，服务端主动关闭了连接，TIME_WAIT状态的socket处于服务端，服务端快速的回收该状态的连接。由此，如果客户端处于NAT的网络(多个客户端，同一个IP出口的网络环境)，如果配置了tw_recycle，就可能在一个RTO的时间内，只能有一个客户端和自己连接成功(不同的客户端发包的时间不一致，造成服务端直接把数据包丢弃掉)。

我尽量尝试用文字解释清楚，但是，来点案例和图示，应该有助于我们彻底理解。我们来看这样一个网络情况：[attach]833[/attach][list=1][]客户端IP地址为：180.172.35.150，我们可以认为是浏览器[/][]负载均衡有两个IP，外网IP地址为 115.29.253.156，内网地址为10.162.74.10；外网地址监听80端口[/][]负载均衡背后有两台Web服务器，一台IP地址为 10.162.74.43，监听80端口；另一台为 10.162.74.44，监听 80 端口[/][]Web服务器会连接数据服务器，IP地址为 10.162.74.45，监听 3306 端口[/]这种简单的架构下，我们来看看，在不同的情况下，我们今天谈论的tw_reuse/tw_recycle对网络连接的影响。 先做个假定：[list=1][]客户端通过HTTP/1.1连接负载均衡，也就是说，HTTP协议投Connection为keep-alive，所以我们假定，客户端 对 负载均衡服务器 的socket连接，客户端会断开连接，所以，TIME_WAIT出现在客户端[/][]Web服务器和MySQL服务器的连接，我们假定，Web服务器上的程序在连接结束的时候，调用close操作关闭socket资源连接，所以，TIME_WAIT出现在 Web 服务器端。[/] 那么，在这种假定下：[list=1][]Web服务器上，肯定可以配置开启的配置：tcp_tw_reuse；如果Web服务器有很多连向DB服务器的连接，可以保证socket连接的复用。[/][]那么，负载均衡服务器和Web服务器，谁先关闭连接，则决定了我们怎么配置tcp_tw_reuse/tcp_tw_recycle了[/] 方案一：负载均衡服务器 首先关闭连接 在这种情况下，因为负载均衡服务器对Web服务器的连接，TIME_WAIT大都出现在负载均衡服务器上，所以，在负载均衡服务器上的配置：

[]net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 //尽量复用连接[/][]net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0 //不能保证客户端不在NAT的网络啊[/]

 在Web服务器上的配置为：

[]net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 //这个配置主要影响的是Web服务器到DB服务器的连接复用[/][]net.ipv4.tcp_tw_recycle： 设置成1和0都没有任何意义。想一想，在负载均衡和它的连接中，它是服务端，但是TIME_WAIT出现在负载均衡服务器上；它和DB的连接，它是客户端，recycle对它并没有什么影响，关键是reuse[/]

 方案二：Web服务器首先关闭来自负载均衡服务器的连接在这种情况下，Web服务器变成TIME_WAIT的重灾区。负载均衡对Web服务器的连接，由Web服务器首先关闭连接，TIME_WAIT出现在Web服务器上；Web服务器对DB服务器的连接，由Web服务器关闭连接，TIME_WAIT也出现在它身上，此时，负载均衡服务器上的配置：

[]net.ipv4.tcp_tw_reuse：0 或者 1 都行，都没有实际意义[/][]net.ipv4.tcp_tw_recycle=0 //一定是关闭recycle[/]

 在Web服务器上的配置：

[]net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 //这个配置主要影响的是Web服务器到DB服务器的连接复用[/][]net.ipv4.tcp_tw_recycle=1 //由于在负载均衡和Web服务器之间并没有NAT的网络，可以考虑开启recycle，加速由于负载均衡和Web服务器之间的连接造成的大量TIME_WAIT[/]

 

作者：大房说 分享阅读地址：http://dwz.cn/2NgmFY