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          大量的 TCP 連接是 TIME_WAIT 狀態(tài),有什么影響?怎么處理?

          共 4102字,需瀏覽 9分鐘

           ·

          2020-08-10 00:43


          你有沒有遇到過進(jìn)程里開了許多連接,但一看狀態(tài)都是 TIME_WAIT,如果 TIME_WAIT 狀態(tài)的 TCP 連接過多,是什么問題導(dǎo)致的呢?


          0.概要


          幾個(gè)方面:

          1.問題描述:什么現(xiàn)象?什么影響?
          2.問題分析
          3.解決方案
          4.底層原理

          1.問題描述


          模擬高并發(fā)的場(chǎng)景,會(huì)出現(xiàn)批量的 TIME_WAIT 的 TCP 連接:




          短時(shí)間后,所有的 TIME_WAIT 全都消失,被回收,端口包括服務(wù),均正常。

          即,在高并發(fā)的場(chǎng)景下,TIME_WAIT 連接存在,屬于正常現(xiàn)象。

          線上場(chǎng)景中,持續(xù)的高并發(fā)場(chǎng)景

          1. 一部分 TIME_WAIT 連接被回收,但新的 TIME_WAIT 連接產(chǎn)生;

          2. 一些極端情況下,會(huì)出現(xiàn)大量的 TIME_WAIT 連接。


          Think:

          上述大量的 TIME_WAIT 狀態(tài) TCP 連接,有什么業(yè)務(wù)上的影響嗎?

          Nginx 作為反向代理時(shí),大量的短鏈接,可能導(dǎo)致 Nginx 上的 TCP 連接處于 time_wait 狀態(tài):

          1.每一個(gè) time_wait 狀態(tài),都會(huì)占用一個(gè)「本地端口」,上限為 65535(16 bit,2 Byte);

          2.當(dāng)大量的連接處于?time_wait?時(shí),新建立 TCP 連接會(huì)出錯(cuò),address already in use : connect?異常



          統(tǒng)計(jì) TCP 連接的狀態(tài):
          // 統(tǒng)計(jì):各種連接的數(shù)量$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'ESTABLISHED 1154TIME_WAIT 1645

          Tips:

          TCP 本地端口數(shù)量,上限為 65535(6.5w),這是因?yàn)?TCP 頭部使用 16 bit,存儲(chǔ)「端口號(hào)」,因此約束上限為 65535。


          2.問題分析



          大量的 TIME_WAIT 狀態(tài) TCP 連接存在,其本質(zhì)原因是什么?

          1.大量的短連接存在

          2.特別是 HTTP 請(qǐng)求中,如果?connection?頭部取值被設(shè)置為?close?時(shí),基本都由「服務(wù)端」發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉連接

          3.而,TCP 四次揮手關(guān)閉連接機(jī)制中,為了保證?ACK 重發(fā)和丟棄延遲數(shù)據(jù),設(shè)置?time_wait?為 2 倍的?MSL(報(bào)文最大存活時(shí)間)




          TIME_WAIT 狀態(tài):

          1.TCP 連接中,主動(dòng)關(guān)閉連接的一方出現(xiàn)的狀態(tài);(收到 FIN 命令,進(jìn)入 TIME_WAIT 狀態(tài),并返回 ACK 命令)

          2.保持 2 個(gè) MSL 時(shí)間,即,4 分鐘;(MSL 為 2 分鐘)



          3.解決辦法



          解決上述 time_wait 狀態(tài)大量存在,導(dǎo)致新連接創(chuàng)建失敗的問題,一般解決辦法:

          1.客戶端,HTTP 請(qǐng)求的頭部,connection 設(shè)置為 keep-alive,保持存活一段時(shí)間:現(xiàn)在的瀏覽器,一般都這么進(jìn)行了

          2.服務(wù)器端

          允許?time_wait?狀態(tài)的 socket 被重用

          縮減?time_wait?時(shí)間,設(shè)置為?1 MSL(即,2 mins)


            結(jié)論:幾個(gè)核心要點(diǎn)

            1.time_wait 狀態(tài)的影響:



              1. TCP 連接中,「主動(dòng)發(fā)起關(guān)閉連接」的一端,會(huì)進(jìn)入 time_wait 狀態(tài)


              2. time_wait 狀態(tài),默認(rèn)會(huì)持續(xù)?2 MSL(報(bào)文的最大生存時(shí)間),一般是 2x2 mins


              3. time_wait 狀態(tài)下,TCP 連接占用的端口,無法被再次使用


              4. TCP 端口數(shù)量,上限是 6.5w(65535,16 bit)


              5. 大量 time_wait 狀態(tài)存在,會(huì)導(dǎo)致新建 TCP 連接會(huì)出錯(cuò),address already in use : connect?異常


            2.現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景:

              1. 服務(wù)器端,一般設(shè)置:不允許「主動(dòng)關(guān)閉連接」


              2. 但 HTTP 請(qǐng)求中,http 頭部 connection 參數(shù),可能設(shè)置為 close,則,服務(wù)端處理完請(qǐng)求會(huì)主動(dòng)關(guān)閉 TCP 連接


              3. 現(xiàn)在瀏覽器中, HTTP 請(qǐng)求?connection?參數(shù),一般都設(shè)置為?keep-alive


              4. Nginx 反向代理場(chǎng)景中,可能出現(xiàn)大量短鏈接,服務(wù)器端,可能存在


            3.解決辦法:


              1. 服務(wù)器端允許?time_wait?狀態(tài)的 socket 被重用


              2. 縮減?time_wait?時(shí)間,設(shè)置為?1 MSL(即,2 mins)



            4.附錄



            幾個(gè)方面:

            1.TCP 連接狀態(tài)的查詢
            2.MSL 時(shí)間
            3.TCP 三次握手和四次握手



            附錄 A:查詢 TCP 連接狀態(tài)



            Mac 下,查詢 TCP 連接狀態(tài)的具體命令:
            // Mac 下,查詢 TCP 連接狀態(tài)$ netstat -nat |grep TIME_WAIT
            // Mac 下,查詢 TCP 連接狀態(tài),其中 -E 表示 grep 或的匹配邏輯$ netstat -nat | grep -E "TIME_WAIT|Local Address"Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address (state)tcp4 0 0 127.0.0.1.1080 127.0.0.1.59061 TIME_WAIT
            // 統(tǒng)計(jì):各種連接的數(shù)量$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'ESTABLISHED 1154TIME_WAIT 1645



            附錄 B:MSL 時(shí)間



            MSL,Maximum Segment Lifetime,“報(bào)文最大生存時(shí)間”

            1.任何報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上存在的最長(zhǎng)時(shí)間,超過這個(gè)時(shí)間報(bào)文將被丟棄。(IP 報(bào)文)

            2.TCP報(bào)文 (segment)是ip數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)的數(shù)據(jù)部分。

            Tips:

            RFC 793中規(guī)定MSL為2分鐘,實(shí)際應(yīng)用中常用的是30秒,1分鐘和2分鐘等。

            2MSL,TCP 的 TIME_WAIT 狀態(tài),也稱為2MSL等待狀態(tài):

            1.當(dāng)TCP的一端發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉(收到 FIN 請(qǐng)求),在發(fā)出最后一個(gè)ACK 響應(yīng)后,即第3次握 手完成后,發(fā)送了第四次握手的ACK包后,就進(jìn)入了TIME_WAIT狀態(tài)。

            2.必須在此狀態(tài)上停留兩倍的MSL時(shí)間,等待2MSL時(shí)間主要目的是怕最后一個(gè) ACK包對(duì)方?jīng)]收到,那么對(duì)方在超時(shí)后將重發(fā)第三次握手的FIN包,主動(dòng)關(guān)閉端接到重發(fā)的FIN包后,可以再發(fā)一個(gè)ACK應(yīng)答包。

            3.在 TIME_WAIT 狀態(tài)時(shí),兩端的端口不能使用,要等到2MSL時(shí)間結(jié)束,才可繼續(xù)使用。(IP 層)

            4.當(dāng)連接處于2MSL等待階段時(shí),任何遲到的報(bào)文段都將被丟棄。

            不過在實(shí)際應(yīng)用中,可以通過設(shè)置 「SO_REUSEADDR選項(xiàng)」,達(dá)到不必等待2MSL時(shí)間結(jié)束,即可使用被占用的端口。

            附錄 C:TCP 三次握手和四次握手


            具體示意圖:

            1.三次握手,建立連接過程

            2.四次揮手,釋放連接過程




            幾個(gè)核心疑問:

            1.time_wait 是「服務(wù)器端」的狀態(tài)?or 「客戶端」的狀態(tài)?


              1. RE:time_wait 是「主動(dòng)關(guān)閉 TCP 連接」一方的狀態(tài),可能是「客服端」的,也可能是「服務(wù)器端」的


              2. 一般情況下,都是「客戶端」所處的狀態(tài);「服務(wù)器端」一般設(shè)置「不主動(dòng)關(guān)閉連接」


            2.服務(wù)器在對(duì)外服務(wù)時(shí),是「客戶端」發(fā)起的斷開連接?還是「服務(wù)器」發(fā)起的斷開連接?


              1. 正常情況下,都是「客戶端」發(fā)起的斷開連接

              2. 「服務(wù)器」一般設(shè)置為「不主動(dòng)關(guān)閉連接」,服務(wù)器通常執(zhí)行「被動(dòng)關(guān)閉」

              3. 但 HTTP 請(qǐng)求中,http 頭部 connection 參數(shù),可能設(shè)置為 close,則,服務(wù)端處理完請(qǐng)求會(huì)主動(dòng)關(guān)閉 TCP 連接


            關(guān)于 HTTP 請(qǐng)求中,設(shè)置的主動(dòng)關(guān)閉 TCP 連接的機(jī)制:TIME_WAIT的是主動(dòng)斷開方才會(huì)出現(xiàn)的,所以主動(dòng)斷開方是服務(wù)端?

            1.答案是是的。在HTTP1.1協(xié)議中,有個(gè) Connection 頭,Connection有兩個(gè)值,close和keep-alive,這個(gè)頭就相當(dāng)于客戶端告訴服務(wù)端,服務(wù)端你執(zhí)行完成請(qǐng)求之后,是關(guān)閉連接還是保持連接,保持連接就意味著在保持連接期間,只能由客戶端主動(dòng)斷開連接。還有一個(gè)keep-alive的頭,設(shè)置的值就代表了服務(wù)端保持連接保持多久。

            2.HTTP默認(rèn)的Connection值為close,那么就意味著關(guān)閉請(qǐng)求的一方幾乎都會(huì)是由服務(wù)端這邊發(fā)起的。那么這個(gè)服務(wù)端產(chǎn)生TIME_WAIT過多的情況就很正常了。

            3.雖然HTTP默認(rèn)Connection值為close,但是,現(xiàn)在的瀏覽器發(fā)送請(qǐng)求的時(shí)候一般都會(huì)設(shè)置Connection為keep-alive了。所以,也有人說,現(xiàn)在沒有必要通過調(diào)整參數(shù)來使TIME_WAIT降低了。

            關(guān)于 time_wait:

            1.TCP 連接建立后,「主動(dòng)關(guān)閉連接」的一端,收到對(duì)方的 FIN 請(qǐng)求后,發(fā)送 ACK 響應(yīng),會(huì)處于 time_wait 狀態(tài);

            2.time_wait 狀態(tài),存在的必要性:


              1. 可靠的實(shí)現(xiàn) TCP 全雙工連接的終止:四次揮手關(guān)閉 TCP 連接過程中,最后的 ACK 是由「主動(dòng)關(guān)閉連接」的一端發(fā)出的,如果這個(gè) ACK 丟失,則,對(duì)方會(huì)重發(fā) FIN 請(qǐng)求,因此,在「主動(dòng)關(guān)閉連接」的一段,需要維護(hù)一個(gè) time_wait 狀態(tài),處理對(duì)方重發(fā)的 FIN 請(qǐng)求;


              2. 處理延遲到達(dá)的報(bào)文:由于路由器可能抖動(dòng),TCP 報(bào)文會(huì)延遲到達(dá),為了避免「延遲到達(dá)的 TCP 報(bào)文」被誤認(rèn)為是「新 TCP 連接」的數(shù)據(jù),則,需要在允許新創(chuàng)建 TCP 連接之前,保持一個(gè)不可用的狀態(tài),等待所有延遲報(bào)文的消失,一般設(shè)置為 2 倍的 MSL(報(bào)文的最大生存時(shí)間),解決「延遲達(dá)到的 TCP 報(bào)文」問題;
            1. Kafka 為什么能那么快的 6 個(gè)原因,我猜你不知道!

            2. Redis 6.0 除了多線程,這個(gè)功能也賊牛逼!


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