彻底理解并解决服务器出现大量TIME_WAIT - 第四篇

为了能彻底讲清楚TIME_WAIT的原理及解决办法，本系列一共有4篇

彻底理解并解决服务器出现大量TIME_WAIT - 第一篇_YZF_Kevin的博客-CSDN博客

彻底理解并解决服务器出现大量TIME_WAIT - 第二篇_YZF_Kevin的博客-CSDN博客

彻底理解并解决服务器出现大量TIME_WAIT - 第三篇_YZF_Kevin的博客-CSDN博客

彻底理解并解决服务器出现大量TIME_WAIT - 第四篇_YZF_Kevin的博客-CSDN博客

第一篇博客中我们讲了 TIME_WAIT 出现的原理，引发的问题，解决办法等，如下

解决办法

1. 代码层修改，把短连接改为长连接，但代价较大
2. 修改 ip_local_port_range，增大可用端口范围，比如1024 ~ 65535
3. 客户端程序中设置socket的 SO_LINGER 选项
4. 打开 tcp_tw_recycle 和tcp_timestamps 选项，有一定风险，且linux4.12之后被废弃
5. 打开 tcp_tw_reuse 和 tcp_timestamps 选项
6. 设置 tcp_max_tw_buckets 为一个较小的值
 

下面我们接着对各个办法进行详细讲解

办法5. 打开tcp_tw_reuse和tcp_timestamps选项

官方文档中解释如下：
tcp_tw_recycle选项：Allow to reuse TIME-WAIT sockets for new connections when it is
safe from protocol viewpoint. Default value is 0

这里的关键在于“协议什么情况下认为是安全的”，由于环境限制，没有办法进行验证，通过看源码简单分析了一下

=====linux-2.6.37 net/ipv4/tcp_ipv4.c 114=====

int tcp_twsk_unique(struct sock *sk, struct sock *sktw, void *twp)
{
    const struct tcp_timewait_sock *tcptw = tcp_twsk(sktw);
    struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 
 
    /* With PAWS, it is safe from the viewpoint
      of data integrity. Even without PAWS it is safe provided sequence
      spaces do not overlap i.e. at data rates <= 80Mbit/sec.
      Actually, the idea is close to VJ's one, only timestamp cache is
      held not per host, but per port pair and TW bucket is used as state
      holder.
      If TW bucket has been already destroyed we fall back to VJ's scheme
      and use initial timestamp retrieved from peer table.
    */
    
    //从代码来看，tcp_tw_reuse选项和tcp_timestamps选项也必须同时打开；否则tcp_tw_reuse就不起作用
    //另外，所谓的“协议安全”，从代码来看应该是收到最后一个包后超过1s
    if (tcptw->tw_ts_recent_stamp &&
       (twp == NULL || (sysctl_tcp_tw_reuse &&
        get_seconds() - tcptw->tw_ts_recent_stamp > 1))) 
    {
        tp->write_seq = tcptw->tw_snd_nxt + 65535 + 2;
        if (tp->write_seq == 0)
            tp->write_seq = 1;
        tp->rx_opt.ts_recent  = tcptw->tw_ts_recent;
        tp->rx_opt.ts_recent_stamp = tcptw->tw_ts_recent_stamp;
        sock_hold(sktw);
        return 1;
    }
 
    return 0;
}

总结一下：
1. tcp_tw_reuse选项和tcp_timestamps选项也必须同时打开；
2. 重用TIME_WAIT的条件是收到最后一个包后超过1s。

官方手册有一段警告：
It should not be changed without advice/request of technical experts.
对于大部分局域网或者公司内网应用来说，满足条件都是没有问题的，因此官方手册里面的警告其实也没那么可怕

办法6：设置tcp_max_tw_buckets为一个较小的值，要比可用端口范围小，比如可用端口范围为6万，这个值可以设置为5.5万

tcp_max_tw_buckets - INTEGER

官方文档解释如下
Maximal number of timewait sockets held by system simultaneously. If this number is exceeded time-wait socket is immediately destroyed and warning is printed. 

翻译一下：内核持有的状态为TIME_WAIT的最大连接数。如果超过这个数字，新的TIME_WAIT的连接会被立即销毁，并打印警告

官方文档没有说明默认值，通过几个系统的简单验证，初步确定默认值是180000

源码如下

void tcp_time_wait(struct sock *sk, int state, int timeo)
{
    struct inet_timewait_sock *tw = NULL;
    const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
    const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
    int recycle_ok = 0;
 
    if (tcp_death_row.sysctl_tw_recycle && tp->rx_opt.ts_recent_stamp)
        recycle_ok = icsk->icsk_af_ops->remember_stamp(sk);
 
    // 这里判断TIME_WAIT状态的连接数是否超过上限
    if (tcp_death_row.tw_count < tcp_death_row.sysctl_max_tw_buckets)
        tw = inet_twsk_alloc(sk, state);
 
    if (tw != NULL) 
    {
        //分配成功，进行TIME_WAIT状态处理，此处略去很多代码
    }   
    else 
    {
        //分配失败，不进行处理，只记录日志: TCP: time wait bucket table overflow
        /* Sorry, if we're out of memory, just CLOSE this
        * socket up.  We've got bigger problems than
        * non-graceful socket closings.
        */
        NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPTIMEWAITOVERFLOW);
    }
 
    tcp_update_metrics(sk);
    tcp_done(sk);
}

官方手册中有一段警告：
This limit exists only to prevent simple DoS attacks, you _must_ not lower the limit artificially,
but rather increase it (probably, after increasing installed memory), if network conditions require more than default value.
基本意思是这个用于防止Dos攻击，我们不应该人工减少，如果网络条件需要的话，反而应该增加。
但其实对于我们的局域网或者公司内网应用来说，这个风险并不大