linux操作系统网络内核优化

Posted 2020-09-30

服务器做web应用(Http/nginx)Linux内核参数优化

Linux系统下，TCP连接断开后，会以TIME_WAIT状态保留一定的时间，然后才会释放端口。当并发请求过多的时候，

就会产生大量的TIME_WAIT状态的连接，无法及时断开的话，会占用大量的端口资源和服务器资源。这个时候我们可以优化TCP的内核参数，

来及时将TIME_WAIT状态的端口清理掉。

本文介绍的方法只对拥有大量TIME_WAIT状态的连接导致系统资源消耗有效，如果不是这种情况下，效果可能不明显。

可以使用netstat命令去查TIME_WAIT状态的连接状态，输入下面的组合命令，查看当前TCP连接的状态和对应的连接数量：

#netstat -n | awk ‘/^tcp/ {++S[$NF]} END { for( a in S ) print a, S[a]}‘

这个命令会输出类似下面的结果：

LAST_ACK 16

SYN_RECV 348

ESTABLISHED 70

FIN_WAIT1 229

FIN_WAIT2 30

CLOSING 33

TIME_WAIT 18098

我们只用关心TIME_WAIT的个数，在这里可以看到，有18000多个TIME_WAIT，这样就占用了18000多个端口。要知道端口的数量只有65535个，

占用一个少一个，会严重的影响到后继的新连接。这种情况下，我们就有必要调整下Linux的TCP内核参数，让系统更快的释放TIME_WAIT连接。

内核参数的优化：

#表示系统同时保持TIME_WAIT的最大数量，如果超过这个数字，TIME_WAIT将立刻被清除并打印警告信息。

默认为180000，改为6000。对于Apache、Nginx等服务器，上几行的参数可以很好地减少TIME_WAIT套接字数量，

但是对于 Squid，效果却不大。此项参数可以控制TIME_WAIT的最大数量，避免Squid服务器被大量的TIME_WAIT拖死。

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000

#表示用于向外连接的随机端口范围。缺省情况下很小：32768到61000，改为10000到65000

（注意：这里不要将最低值设的太低，否则可能会占用掉正常的端口！）

net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65536

#表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

#开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

#开启SYN Cookies，当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理,可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_syncookies = 1

#表示当keepalive起用的时候，TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时7200，改为20分钟。单位是秒

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200

#web应用中listen函数的backlog默认会给我们内核参数的net.core.somaxconn限制到128，

而Nginx内核参数定义的NGX_LISTEN_BACKLOG默认为511，所以有必要调整这个值

net.core.somaxconn = 32768

#每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目

net.core.netdev_max_backlog = 32768

#系统中最多有多少个TCP套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这个数字，孤儿连接将即刻被复位并打印出警告信息。

这个限制仅仅是为了防止简单的DoS攻击，不能过分依靠它或者人为地减小这个值，更应该增加这个值(如果增加了内存之后)

net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800

#记录的那些尚未收到客户端确认信息的连接请求的最大值。

#表示SYN队列的长度，默认为1024，加大队列长度为8192，可以容纳更多等待连接的网络连接数

对于那些依然还未获得客户端确认的连接请求﹐需要保存在队列中最大数目。对于超过 128Mb 内存的系统﹐默认值是 1024 ﹐

低于 128Mb 的则为 128。如果服务器经常出现过载﹐可以尝试增加这个数字。警告﹗假如您将此值设为大于 1024﹐

最好修改 include/net/tcp.h 里面的 TCP_SYNQ_HSIZE ﹐以保持 TCP_SYNQ_HSIZE*16(SYN Flood攻击利用TCP协议散布握手的缺陷，

伪造虚假源IP地址发送大量TCP-SYN半打开连接到目标系统，最终导致目标系统Socket队列资源耗尽而无法接受新的连接。

为了应付这种攻击，现代Unix系统中普遍采用多连接队列处理的方式来缓冲(而不是解决)这种攻击，

是用一个基本队列处理正常的完全连接应用(Connect()和Accept() )，是用另一个队列单独存放半打开连接。

这种双队列处理方式和其他一些系统内核措施(例如Syn-Cookies/Caches)联合应用时，能够比较有效的缓解小规模的SYN Flood攻击(事实证明)

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192

#时间戳可以避免序列号的卷绕。一个1Gbps的链路肯定会遇到以前用过的序列号。

时间戳能够让内核接受这种“异常”的数据包。这里需要将其关掉。

Timestamps 用在其它一些东西中﹐可以防范那些伪造的 sequence 号码。一条1G的宽带线路或许会重遇到带 

out-of-line数值的旧sequence 号码(假如它是由于上次产生的)。Timestamp 会让它知道这是个 ‘旧封包‘。

(该文件表示是否启用以一种比超时重发更精确的方法（RFC 1323）来启用对 RTT 的计算；为了实现更好的性能应该启用这个选项。) 缺省值为1

net.ipv4.tcp_timestamps = 0

#为了打开对端的连接，内核需要发送一个SYN并附带一个回应前面一个SYN的ACK。

也就是所谓三次握手中的第二次握手。这个设置决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK包的数量。

net.ipv4.tcp_synack_retries = 2

#在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量

net.ipv4.tcp_syn_retries = 2

#在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量。

net.ipv4.tcp_syn_retries = 1

#net.ipv4.tcp_tw_len = 1

#如果套接字由本端要求关闭，这个参数决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间。

对端可能出错并永远不关闭连接，甚至意外当机。缺省值是60秒。2.2 内核的通常值是180秒，

你可以按这个设置，但要记住的是，即使你的机器是一个轻载的WEB服务器，

也有因为大量的死套接字而内存溢出的风险，FIN- WAIT-2的危险性比FIN-WAIT-1要小，因为它最多只能吃掉1.5K内存，但是它们的生存期长些。

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

# TCP读buffer,可参考的优化值: 32768 436600 873200  min, default, max

net.ipv4.tcp_rmem  = 32768 436600 873200

min：为TCP socket预留用于接收缓冲的内存数量，

即使在内存出现紧张情况下tcp socket都至少会有这么多数量的内存用于接收缓冲，默认值为8K。

default：为TCP socket预留用于接收缓冲的内存数量，默认情况下该值影响其它协议使用的 net.core.wmem_default 值。

该值决定了在tcp_adv_win_scale、tcp_app_win和tcp_app_win=0默认值情况下，TCP窗口大小为65535。默认值为87380

max：用于TCP socket接收缓冲的内存最大值。该值不会影响 net.core.wmem_max，"静态"选择参数 SO_SNDBUF则不受该值影响。

默认值为 128K。默认值为87380*2 bytes。

（可以看出，.max的设置最好是default的两倍,对于NAT来说主要该增加它,我的网络里为 51200 131072 204800）

# TCP写buffer,可参考的优化值: 8192 436600 873200    min, default, max

net.ipv4.tcp_wmem = 8192 436600 873200

min：为TCP socket预留用于发送缓冲的内存最小值。每个tcp socket都可以在建议以后都可以使用它。默认值为4096(4K)

default：为TCP socket预留用于发送缓冲的内存数量，默认情况下该值会影响其它协议使用的net.core.wmem_default 值，

一般要低于net.core.wmem_default的值。默认值为16384(16K)。

max: 用于TCP socket发送缓冲的内存最大值。该值不会影响net.core.wmem_max，"静态"选择参数SO_SNDBUF则不受该值影响。

默认值为131072(128K)。（对于服务器而言，增加这个参数的值对于发送数据很有帮助,在我的网络环境中,修改为了51200 131072 204800）

net.ipv4.tcp_mem = 94500000 91500000 92700000  low, pressure, high

# 同样有3个值,意思是:

net.ipv4.tcp_mem[0]:低于此值，TCP没有内存压力。

net.ipv4.tcp_mem[1]:在此值下，进入内存压力阶段。

net.ipv4.tcp_mem[2]:高于此值，TCP拒绝分配socket。

上述内存单位是页，而不是字节。可参考的优化值是:786432 1048576 1572864

low：当TCP使用了低于该值的内存页面数时，TCP不会考虑释放内存。

(理想情况下，这个值应与指定给 tcp_wmem 的第 2 个值相匹配 - 这第 2 个值表明，最大页面大小乘以最大并发请求数除以页大小 (131072 * 300 / 4096)。 )

pressure：当TCP使用了超过该值的内存页面数量时，TCP试图稳定其内存使用，进入pressure模式，

当内存消耗低于low值时则退出pressure状态。(理想情况下这个值应该是 TCP 可以使用的总缓冲区大小的最大值 (204800 * 300 / 4096)。 )

high：允许所有tcp sockets用于排队缓冲数据报的页面量。

(如果超过这个值，TCP 连接将被拒绝，这就是为什么不要令其过于保守 (512000 * 300 / 4096) 的原因了。 

在这种情况下，提供的价值很大，它能处理很多连接，是所预期的 2.5 倍；或者使现有连接能够传输 2.5 倍的数据。

 我的网络里为192000 300000 732000)

一般情况下这些值是在系统启动时根据系统内存数量计算得到的。

net.core.wmem_default = 8388608

net.core.rmem_default = 8388608

net.core.rmem_max = 16777216           #最大socket读buffer,可参考的优化值:873200

net.core.wmem_max = 16777216           #最大socket写buffer,可参考的优化值:873200

总结一下：

这几个参数，建议只在流量非常大的服务器上开启，会有显著的效果。一般的流量小的服务器上，没有必要去设置这几个参数。

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200

net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65000

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000

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