Linux 实例常用内核网络参数介绍与常见问题处理

Posted 2021-01-23 hftian

本文总结了常见的 Linux 内核参数及相关问题。修改内核参数前，您需要：

• 从实际需要出发，最好有相关数据的支撑，不建议随意调整内核参数。
• 了解参数的具体作用，且注意同类型或版本环境的内核参数可能有所不同。
• 备份 ECS 实例中的重要数据。参阅文档创建快照。

查看和修改 Linux 实例内核参数

方法一、通过 /proc/sys/ 目录

查看内核参数：使用 cat 查看对应文件的内容，例如执行命令 cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle 查看 net.ipv4.tcp_tw_recycle 的值。

修改内核参数：使用 echo 修改内核参数对应的文件，例如执行命令 echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle 将 net.ipv4.tcp_tw_recycle 的值修改为 0。

注意：

• /proc/sys/ 目录是 Linux 内核在启动后生成的伪目录，其目录下的 net 文件夹中存放了当前系统中开启的所有内核参数、目录树结构与参数的完整名称相关，如 net.ipv4.tcp_tw_recycle，它对应的文件是 /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle，文件的内容就是参数值。
• 方法一修改的参数值仅在当次运行中生效，系统重启后会回滚历史值，一般用于临时性的验证修改的效果。若需要永久性修改，请参阅方法二。

方法二、通过 sysctl.conf 文件

查看内核参数：执行命令 sysctl -a 查看当前系统中生效的所有参数，如下所示：

 

1. net.ipv4.tcp_app_win = 31
2. net.ipv4.tcp_adv_win_scale = 2
3. net.ipv4.tcp_tw_reuse = 0
4. net.ipv4.tcp_frto = 2
5. net.ipv4.tcp_frto_response = 0
6. net.ipv4.tcp_low_latency = 0
7. net.ipv4.tcp_no_metrics_save = 0
8. net.ipv4.tcp_moderate_rcvbuf = 1
9. net.ipv4.tcp_tso_win_divisor = 3
10. net.ipv4.tcp_congestion_control = cubic
11. net.ipv4.tcp_abc = 0
12. net.ipv4.tcp_mtu_probing = 0
13. net.ipv4.tcp_base_mss = 512
14. net.ipv4.tcp_workaround_signed_windows = 0
15. net.ipv4.tcp_challenge_ack_limit = 1000
16. net.ipv4.tcp_limit_output_bytes = 262144
17. net.ipv4.tcp_dma_copybreak = 4096
18. net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle = 1
19. net.ipv4.cipso_cache_enable = 1
20. net.ipv4.cipso_cache_bucket_size = 10
21. net.ipv4.cipso_rbm_optfmt = 0
22. net.ipv4.cipso_rbm_strictvalid = 1

修改内核参数：

1. 执行命令 /sbin/sysctl -w kernel.parameter="example" 修改参数，如sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle="0"。
2. 执行命令 vi /etc/sysctl.conf 修改 /etc/sysctl.conf 文件中的参数。
3. 执行命令 /sbin/sysctl -p 使配置生效。

注意：调整内核参数后内核处于不稳定状态，请务必重启实例。

Linux 网络相关内核参数引发的常见问题及处理

Linux 实例 NAT 哈希表满导致 ECS 实例丢包

此处涉及的内核参数：

• net.netfilter.nf_conntrack_buckets
• net.nf_conntrack_max

问题现象

ECS Linux 实例出现间歇性丢包，无法连接实例，通过 tracert、mtr 等工具排查，外部网络未见异常。同时，如下图所示，在系统日志中重复出现大量（table full, dropping packet.）错误信息。

 

1. Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
2. Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
3. Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
4. Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.

原因分析

ip_conntrack 是 Linux 系统内 NAT 的一个跟踪连接条目的模块。ip_conntrack 模块会使用一个哈希表记录 TCP 协议 established connection 记录，当这个哈希表满了的时候，便会导致 nf_conntrack: table full, dropping packet 错误。Linux 系统会开辟一个空间用来维护每一个 TCP 链接，这个空间的大小与 nf_conntrack_buckets、nf_conntrack_max 相关，后者的默认值是前者的 4 倍，而前者在系统启动后无法修改，所以一般都是建议调大 nf_conntrack_max。

注意：系统维护连接比较消耗内存，请在系统空闲和内存充足的情况下调大 nf_conntrack_max，且根据系统的情况而定。

解决思路

1. 使用管理终端登录实例。
2. 执行命令 # vi /etc/sysctl.conf 编辑系统内核配置。
3. 修改哈希表项最大值参数：net.netfilter.nf_conntrack_max = 655350。
4. 修改超时参数：net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established = 1200，默认情况下 timeout 是 432000（秒）。
5. 执行命令 # sysctl -p 使配置生效。

Time wait bucket table overflow 报错

此处涉及的内核参数：

• net.ipv4.tcp_max_tw_buckets

问题现象

Linux 实例 /var/log/message 日志全是类似 kernel: TCP: time wait bucket table overflow 的报错信息，提示 time wait bucket table 溢出，如下：

 

1. Feb 18 12:28:38 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
2. Feb 18 12:28:44 i-*** kernel: printk: 227 messages suppressed.
3. Feb 18 12:28:44 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
4. Feb 18 12:28:52 i-*** kernel: printk: 121 messages suppressed.
5. Feb 18 12:28:52 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
6. Feb 18 12:28:53 i-*** kernel: printk: 351 messages suppressed.
7. Feb 18 12:28:53 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
8. Feb 18 12:28:59 i-*** kernel: printk: 319 messages suppressed.

执行命令 netstat -ant|grep TIME_WAIT|wc -l 统计处于 TIME_WAIT 状态的 TCP 连接数，发现处于 TIME_WAIT 状态的 TCP 连接非常多。

原因分析

参数 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets 可以调整内核中管理 TIME_WAIT 状态的数量，当实例中处于 TIME_WAIT 及需要转换为 TIME_WAIT 状态连接数之和超过了 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets 参数值时，message 日志中将报错 time wait bucket table，同时内核关闭超出参数值的部分 TCP 连接。您需要根据实际情况适当调高 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets，同时从业务层面去改进 TCP 连接。

解决思路

1. 执行命令 netstat -anp |grep tcp |wc -l 统计 TCP 连接数。
2. 执行命令 vi /etc/sysctl.conf，查询 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets 参数。如果确认连接使用很高，容易超出限制。
3. 调高参数 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets，扩大限制。
4. 执行命令 # sysctl -p 使配置生效。

Linux 实例中 FIN_WAIT2 状态的 TCP 链接过多

此处涉及的内核参数：

• net.ipv4.tcp_fin_timeout

问题现象

FIN_WAIT2 状态的 TCP 链接过多。

原因分析

• HTTP 服务中，Server 由于某种原因会主动关闭连接，例如 KEEPALIVE 超时的情况下。作为主动关闭连接的 Server 就会进入 FIN_WAIT2 状态。
• TCP/IP 协议栈中，存在半连接的概念，FIN_WAIT2 状态不算做超时，如果 Client 不关闭，FIN_WAIT_2 状态将保持到系统重启，越来越多的 FIN_WAIT_2 状态会致使内核 Crash。
• 建议调小 net.ipv4.tcp_fin_timeout 参数，减少这个数值以便加快系统关闭处于 FIN_WAIT2 状态的 TCP 连接。

解决思路

1. 执行命令 vi /etc/sysctl.conf，修改或加入以下内容：

    

   1. net.ipv4.tcp_syncookies = 1
   2. net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
   3. net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
   4. net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000

2. 执行命令 # sysctl -p 使配置生效。

   注意：由于 FIN_WAIT2 状态的 TCP 连接会进入 TIME_WAIT 状态，请同时参阅 time wait bucket table overflow 报错。

Linux 实例中出现大量 CLOSE_WAIT 状态的 TCP 连接

问题现象

执行命令 netstat -atn|grep CLOSE_WAIT|wc -l 发现当前系统中处于 CLOSE_WAIT 状态的 TCP 连接非常多。

原因分析

关闭 TCP 连接时，TCP 连接的两端都可以发起关闭连接的请求，若对端发起了关闭连接，但本地没有关闭连接，那么该连接就会处于 CLOSE_WAIT 状态。虽然该连接已经处于半开状态，但是已经无法和对端通信，需要及时的释放掉该链接。建议从业务层面及时判断某个连接是否已经被对端关闭，即在程序逻辑中对连接及时关闭检查。

解决思路

编程语言中对应的读、写函数一般包含了检测 CLOSE_WAIT TCP 连接功能，例如：

Java 语言：

1. 通过 read 方法来判断 I/O 。当 read 方法返回 -1 时则表示已经到达末尾。
2. 通过 close 方法关闭该链接。

C 语言：

1. 检查 read 的返回值。
   • 若等于 0 则可以关闭该连接。
   • 若小于 0 则查看 errno，若不是 AGAIN 则同样可以关闭连接。

客户端配置 NAT 后仍无法访问 ECS 或 RDS 远端服务器

此处涉及的内核参数：

• net.ipv4.tcp_tw_recycle
• net.ipv4.tcp_timestamps

问题现象

客户端配置 NAT 后无法访问远端 ECS、RDS，包括配置了 SNAT 的 VPC ECS 。同时无法访问连接其他 ECS 或 RDS 等云产品，抓包检测发现远端对客户端发送的 SYN 包没有响应。

原因分析

若远端服务器的内核参数 net.ipv4.tcp_tw_recycle 和 net.ipv4.tcp_timestamps 的值都为 1，则远端服务器会检查每一个报文中的时间戳（Timestamp），若 Timestamp 不是递增的关系，不会响应这个报文。配置 NAT 后，远端服务器看到来自不同的客户端的源 IP 相同，但 NAT 前每一台客户端的时间可能会有偏差，报文中的 Timestamp 就不是递增的情况。

解决思路

• 远端服务器为 ECS 时，修改参数 net.ipv4.tcp_tw_recycle 为 0。
• 远端服务器为 RDS 等 PaaS 服务时。RDS 无法直接修改内核参数，需要在客户端上修改参数 net.ipv4.tcp_tw_recycle 和 net.ipv4.tcp_timestamps 为 0。

文档涉及的 Linux 内核参数说明

参数	说明
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog	该参数决定了系统中处于 SYN_RECV 状态的 TCP 连接数量。SYN_RECV 状态指的是当系统收到 SYN 后，作了 SYN+ACK 响应后等待对方回复三次握手阶段中的最后一个 ACK 的阶段。
net.ipv4.tcp_syncookies	该参数表示是否打开 TCP 同步标签（SYN_COOKIES），内核必须开启并编译 CONFIG_SYN_COOKIES，SYN_COOKIES 可以防止一个套接字在有过多试图连接到达时引起过载。默认值 0 表示关闭。 当该参数被设置为 1 且 SYN_RECV 队列满了之后，内核会对 SYN 包的回复做一定的修改，即，在响应的 SYN+ACK 包中，初始的序列号是由源 IP + Port、目的 IP + Port 及时间这五个参数共同计算出一个值组成精心组装的 TCP 包。由于 ACK 包中确认的序列号并不是之前计算出的值，恶意攻击者无法响应或误判，而请求者会根据收到的 SYN+ACK 包做正确的响应。启用 net.ipv4.tcp_syncookies 后，会忽略 net.ipv4.tcp_max_syn_backlog。
net.ipv4.tcp_synack_retries	该参数指明了处于 SYN_RECV 状态时重传 SYN+ACK 包的次数。
net.ipv4.tcp_abort_on_overflow	设置该参数为 1 时，当系统在短时间内收到了大量的请求，而相关的应用程序未能处理时，就会发送 Reset 包直接终止这些链接。建议通过优化应用程序的效率来提高处理能力，而不是简单地 Reset。 默认值： 0。
net.core.somaxconn	该参数定义了系统中每一个端口最大的监听队列的长度，是个全局参数。该参数和 net.ipv4.tcp_max_syn_backlog 有关联，后者指的是还在三次握手的半连接的上限，该参数指的是处于 ESTABLISHED 的数量上限。若您的 ECS 实例业务负载很高，则有必要调高该参数。listen(2) 函数中的参数 backlog 同样是指明监听的端口处于 ESTABLISHED 的数量上限，当 backlog 大于 net.core.somaxconn时，以 net.core.somaxconn 参数为准。
net.core.netdev_max_backlog	当内核处理速度比网卡接收速度慢时，这部分多出来的包就会被保存在网卡的接收队列上，而该参数说明了这个队列的数量上限。

参考链接

1. Linux man-pages
2. kernel/git/torvalds/linux.git_proc
3. kernel/git/torvalds/linux.git_proc_net_tcp
4. kernel/git/torvalds/linux.git_ip-sysctl
5. kernel/git/torvalds/linux.git_netfilter-sysctl
6. kernel/git/torvalds/linux.git_nf_conntrack-sysctl