本文给出一个 TIME_WAIT 状态的 TCP 连接过多的问题的解决思路,非常典型,大家可以好好看看,以后遇到这个问题就不会束手无策了。
问题描述
模拟高并发的场景,会出现批量的 TIME_WAIT 的 TCP 连接: 短时间后,所有的 TIME_WAIT 全都消失,被回收,端口包括服务,均正常。即,在高并发的场景下,TIME_WAIT 连接存在,属于正常现象。线上场景中,持续的高并发场景:
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一部分 TIME_WAIT 连接被回收,但新的 TIME_WAIT 连接产生;
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一些极端情况下,会出现大量的 TIME_WAIT 连接。
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1.每一个 time_wait 状态,都会占用一个「本地端口」,上限为 65535(16 bit,2 Byte);
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2.当大量的连接处于 time_wait 时,新建立 TCP 连接会出错,address already in use : connect 异常
统计 TCP 连接的状态:
// 统计:各种连接的数量
$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
ESTABLISHED 1154
TIME_WAIT 1645
Tips:TCP 本地端口数量,上限为 65535(6.5w),这是因为 TCP 头部使用 16 bit,存储「端口号」,因此约束上限为 65535。
问题分析
大量的 TIME_WAIT 状态 TCP 连接存在,其本质原因是什么?
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1.大量的短连接存在
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2.特别是 HTTP 请求中,如果 connection 头部取值被设置为 close 时,基本都由「服务端」发起主动关闭连接
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3.而,TCP 四次挥手关闭连接机制中,为了保证 ACK 重发和丢弃延迟数据,设置 time_wait 为 2 倍的 MSL(报文最大存活时间)
- 1.TCP 连接中,主动关闭连接的一方出现的状态;(收到 FIN 命令,进入 TIME_WAIT 状态,并返回 ACK 命令)
- 2.保持 2 个 MSL 时间,即,4 分钟;(MSL 为 2 分钟)
解决办法
解决上述 time_wait 状态大量存在,导致新连接创建失败的问题,一般解决办法:1.客户端,HTTP 请求的头部,connection 设置为 keep-alive,保持存活一段时间:现在的浏览器,一般都这么进行了2.服务器端允许 time_wait 状态的 socket 被重用缩减 time_wait 时间,设置为 1 MSL(即,2 mins)
结论:几个核心要点1.time_wait 状态的影响:
- TCP 连接中,「主动发起关闭连接」的一端,会进入 time_wait 状态
- time_wait 状态,默认会持续 2 MSL(报文的最大生存时间),一般是 2x2 mins
- time_wait 状态下,TCP 连接占用的端口,无法被再次使用
- TCP 端口数量,上限是 6.5w(65535,16 bit)
- 大量 time_wait 状态存在,会导致新建 TCP 连接会出错,address already in use : connect 异常
- 服务器端,一般设置:不允许「主动关闭连接」
- 但 HTTP 请求中,http 头部 connection 参数,可能设置为 close,则,服务端处理完请求会主动关闭 TCP 连接
- 现在浏览器中, HTTP 请求 connection 参数,一般都设置为 keep-alive
- Nginx 反向代理场景中,可能出现大量短链接,服务器端,可能存在
3.解决办法:
- 服务器端允许 time_wait 状态的 socket 被重用
- 缩减 time_wait 时间,设置为 1 MSL(即,2 mins)
附录
几个方面:1.TCP 连接状态的查询2.MSL 时间3.TCP 三次握手和四次握手
附录 A:查询 TCP 连接状态
Mac 下,查询 TCP 连接状态的具体命令:
// Mac 下,查询 TCP 连接状态
$ netstat -nat |grep TIME_WAIT
// Mac 下,查询 TCP 连接状态,其中 -E 表示 grep 或的匹配逻辑
$ 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
// 统计:各种连接的数量
$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
ESTABLISHED 1154
TIME_WAIT 1645
附录 B:MSL 时间
MSL,Maximum Segment Lifetime,“报文最大生存时间”1.任何报文在网络上存在的最长时间,超过这个时间报文将被丢弃。(IP 报文)2.TCP报文 (segment)是ip数据报(datagram)的数据部分。Tips:RFC 793中规定MSL为2分钟,实际应用中常用的是30秒,1分钟和2分钟等。2MSL,TCP 的 TIME_WAIT 状态,也称为2MSL等待状态:-
当TCP的一端发起主动关闭(收到 FIN 请求),在发出最后一个ACK 响应后,即第3次握 手完成后,发送了第四次握手的ACK包后,就进入了TIME_WAIT状态。
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2.必须在此状态上停留两倍的MSL时间,等待2MSL时间主要目的是怕最后一个 ACK包对方没收到,那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包,主动关闭端接到重发的FIN包后,可以再发一个ACK应答包。
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3.在 TIME_WAIT 状态时,两端的端口不能使用,要等到2MSL时间结束,才可继续使用。(IP 层)
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4.当连接处于2MSL等待阶段时,任何迟到的报文段都将被丢弃。
附录 C:TCP 三次握手和四次握手
具体示意图:1.三次握手,建立连接过程2.四次挥手,释放连接过程 几个核心疑问:1.time_wait 是「服务器端」的状态?or 「客户端」的状态?- RE:time_wait 是「主动关闭 TCP 连接」一方的状态,可能是「客服端」的,也可能是「服务器端」的
- 一般情况下,都是「客户端」所处的状态;「服务器端」一般设置「不主动关闭连接」
2.服务器在对外服务时,是「客户端」发起的断开连接?还是「服务器」发起的断开连接?
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正常情况下,都是「客户端」发起的断开连接
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「服务器」一般设置为「不主动关闭连接」,服务器通常执行「被动关闭」
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但 HTTP 请求中,http 头部 connection 参数,可能设置为 close,则,服务端处理完请求会主动关闭 TCP 连接