LINUX tcp/ip性能调优 On 2011年03月15日, in linux, tips, by netoearth
在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。
第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包(syn=x)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据，在上述过程中，还有一些重要的概念：
未连接队列：在三次握手协议中，服务器维护一个未连接队列，该队列为每个客户端的SYN包（syn=j）开设一个条目，该条目表明服务器已收到 SYN包，并向客户发出确认，正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn_RECV状态，当服务器收到客户的确认包时，删除该条目， 服务器进入ESTABLISHED状态。
Backlog参数：表示未连接队列的最大容纳数目。
SYN-ACK 重传次数 服务器发送完SYN－ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超 过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同。
半连接存活时间：是指半连接队列的条目存活的最长时间，也即服务从收到SYN包到确认这个报文无效的最长时间，该时间值是所有重传请求包的最长等待时间总和。有时我们也称半连接存活时间为Timeout时间、SYN_RECV存活时间。
状态解释
CLOSED: 表示初始状态。
LISTEN:
表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接
SYN_RCVD:
表示接受到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本上用 netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态时，当 收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态。
SYN_SENT:
这个状态与SYN_RCVD遥想呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。
ESTABLISHED：表示连接已经建立
FIN_WAIT_1:
FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1状态实际上是当 SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对 方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以 FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。
FIN_WAIT_2:
FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。
TIME_WAIT:
表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。
CLOSING:
正常情况下，发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN 报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎 在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连 接。
CLOSE_WAIT:
表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到 CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。
LAST_ACK:
被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。
调优
#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
#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
#系统默认的TIMEOUT时间。
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 5
#当keepalive起用的时候，TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时，改为20分钟(20*60s)
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200
#表示用于向外连接的端口范围。缺省情况下很小：32768到61000，改为10000到65000
net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65000
#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
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
#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5000
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000
#其他调优参数
tcp_syn_retries ：INTEGER
默认值是5
#对于一个新建连接，内核要发送多少个 SYN 连接请求才决定放弃。不应该大于255，默认值是5，对应于180秒左右时间。(对于大负载而物理通信良好的网络而言,这个值偏高,可修改为2.这个值仅 仅是针对对外的连接,对进来的连接,是由tcp_retries1 决定的)
tcp_synack_retries ：INTEGER
默认值是5
#对于远端的连接请求SYN，内核会发送SYN ＋ ACK数据报，以确认收到上一个 SYN连接请求包。这是所谓的三次握手( threeway handshake)机制的第二个步骤。这里决定内核在放弃连接之前所送出的 SYN+ACK 数目。不应该大于255，默认值是5，对应于180秒左右时间。(可以根据上面的 tcp_syn_retries 来决定这个值)
tcp_keepalive_time ：INTEGER
默认值是7200(2小时)
#当keepalive打开的情况下，TCP发送keepalive消息的频率。(由于目前网络攻击等因素,造成了利用这个进行的攻击很频繁,曾经也有cu 的朋友提到过,说如果2边建立了连接,然后不发送任何数据或者rst/fin消息,那么持续的时间是不是就是2小时,空连接攻击? tcp_keepalive_time就是预防此情形的.我个人在做nat服务的时候的修改值为1800秒)
tcp_keepalive_probes：INTEGER
默认值是9
#TCP发送keepalive探测以确定该连接已经断开的次数。(注意:保持连接仅在SO_KEEPALIVE套接字选项被打开是才发送.次数默认不需要修改,当然根据情形也可以适当地缩短此值.设置为5比较合适)
tcp_keepalive_intvl：INTEGER
默认值为75
#探测消息发送的频率，乘以tcp_keepalive_probes就得到对于从开始探测以来没有响应的连接杀除的时间。默认值为75秒，也就是没有活动 的连接将在大约11分钟以后将被丢弃。(对于普通应用来说,这个值有一些偏大,可以根据需要改小.特别是web类服务器需要改小该值,15是个比较合适的 值)
tcp_retries1 ：INTEGER
默认值是3
#放弃回应一个TCP连接请求前﹐需要进行多少次重试。RFC 规定最低的数值是3﹐这也是默认值﹐根据RTO的值大约在3秒 – 8分钟之间。(注意:这个值同时还决定进入的syn连接)
tcp_retries2 ：INTEGER
默认值为15
#在丢弃激活(已建立通讯状况)的TCP连接之前﹐需要进行多少次重试。默认值为15，根据RTO的值来决定，相当于13-30分钟(RFC1122规定，必须大于100秒).(这个值根据目前的网络设置,可以适当地改小,我的网络内修改为了5)
tcp_orphan_retries ：INTEGER
默认值是7
#在近端丢弃TCP连接之前﹐要进行多少次重试。默认值是7个﹐相当于 50秒 – 16分钟﹐视 RTO 而定。如果您的系统是负载很大的web服务器﹐那么也许需要降低该值﹐这类 sockets 可能会耗费大量的资源。另外参的考 tcp_max_orphans 。(事实上做NAT的时候,降低该值也是好处显著的,我本人的网络环境中降低该值为3)
tcp_fin_timeout ：INTEGER
默认值是 60
#对于本端断开的socket连接，TCP保持在FIN-WAIT-2状态的时间。对方可能会断开连接或一直不结束连接或不可预料的进程死亡。默认值为 60 秒。过去在2.2版本的内核中是 180 秒。您可以设置该值﹐但需要注意﹐如果您的机器为负载很重的web服务器﹐您可能要冒内存被大量无效数据报填满的风险﹐FIN-WAIT-2 sockets 的危险性低于 FIN-WAIT-1 ﹐因为它们最多只吃 1.5K 的内存﹐但是它们存在时间更长。另外参考 tcp_max_orphans。(事实上做NAT的时候,降低该值也是好处显著的,我本人的网络环境中降低该值为30)
tcp_max_tw_buckets ：INTEGER
默认值是180000
#系统在同时所处理的最大 timewait sockets 数目。如果超过此数的话﹐time-wait socket 会被立即砍除并且显示警告信息。之所以要设定这个限制﹐纯粹为了抵御那些简单的 DoS 攻击﹐千万不要人为的降低这个限制﹐不过﹐如果网络条件需要比默认值更多﹐则可以提高它(或许还要增加内存)。(事实上做NAT的时候最好可以适当地增加 该值)
tcp_tw_recycle ：BOOLEAN
默认值是0
#打开快速 TIME-WAIT sockets 回收。除非得到技术专家的建议或要求﹐请不要随意修改这个值。(做NAT的时候，建议打开它)
tcp_tw_reuse：BOOLEAN
默认值是0
#该文件表示是否允许重新应用处于TIME-WAIT状态的socket用于新的TCP连接(这个对快速重启动某些服务,而启动后提示端口已经被使用的情形非常有帮助)
tcp_max_orphans ：INTEGER
缺省值是8192
#系统所能处理不属于任何进程的TCP sockets最大数量。假如超过这个数量﹐那么不属于任何进程的连接会被立即reset，并同时显示警告信息。之所以要设定这个限制﹐纯粹为了抵御那些简单的 DoS 攻击﹐千万不要依赖这个或是人为的降低这个限制(这个值Redhat AS版本中设置为32768,但是很多防火墙修改的时候,建议该值修改为2000)
tcp_abort_on_overflow ：BOOLEAN
缺省值是0
#当守护进程太忙而不能接受新的连接，就象对方发送reset消息，默认值是false。这意味着当溢出的原因是因为一个偶然的猝发，那么连接将恢复状态。 只有在你确信守护进程真的不能完成连接请求时才打开该选项，该选项会影响客户的使用。(对待已经满载的sendmail,apache这类服务的时候,这 个可以很快让客户端终止连接,可以给予服务程序处理已有连接的缓冲机会,所以很多防火墙上推荐打开它)
tcp_syncookies ：BOOLEAN
默认值是0
#只有在内核编译时选择了CONFIG_SYNCOOKIES时才会发生作用。当出现syn等候队列出现溢出时象对方发送syncookies。目的是为了防止syn flood攻击。
注意：该选项千万不能用于那些没有收到攻击的高负载服务器，如果在日志中出现synflood消息，但是调查发现没有收到synflood攻击，而是合法用户的连接负载过高的原因，你应该调整其它参数来提高服务器性能。参考:
tcp_max_syn_backlog
tcp_synack_retries
tcp_abort_on_overflow
#syncookie严重的违背TCP协议，不允许使用TCP扩展，可能对某些服务导致严重的性能影响(如SMTP转发)。(注意,该实现与BSD上面使用 的tcp proxy一样,是违反了RFC中关于tcp连接的三次握手实现的,但是对于防御syn-flood的确很有用.)
tcp_stdurg ：BOOLEAN
默认值为0
#使用 TCP urg pointer 字段中的主机请求解释功能。大部份的主机都使用老旧的 BSD解释，因此如果您在 Linux 打开它﹐或会导致不能和它们正确沟通。
tcp_max_syn_backlog ：INTEGER
#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<=tcp_max_syn_backlog ﹐并且编进核心之内。(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<1000p/s)加大SYN队列长度可以容纳更多等待连接的网络连接数，所以对Server来说可以考虑增大该值.)
tcp_window_scaling ：INTEGER
缺省值为1
#该文件表示设置tcp/ip会话的滑动窗口大小是否可变。参数值为布尔值，为1时表示可变，为0时表示不可变。tcp/ip通常使用的窗口最大可达到 65535 字节，对于高速网络，该值可能太小，这时候如果启用了该功能，可以使tcp/ip滑动窗口大小增大数个数量级，从而提高数据传输的能力(RFC 1323)。（对普通地百M网络而言，关闭会降低开销，所以如果不是高速网络，可以考虑设置为0）
tcp_timestamps ：BOOLEAN
缺省值为1
#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。)
tcp_sack ：BOOLEAN
缺省值为1
#使 用 Selective ACK﹐它可以用来查找特定的遗失的数据报— 因此有助于快速恢复状态。该文件表示是否启用有选择的应答（Selective Acknowledgment），这可以通过有选择地应答乱序接收到的报文来提高性能（这样可以让发送者只发送丢失的报文段）。(对于广域网通信来说这个 选项应该启用，但是这会增加对 CPU 的占用。)
tcp_fack ：BOOLEAN
缺省值为1
#打开FACK拥塞避免和快速重传功能。(注意，当tcp_sack设置为0的时候，这个值即使设置为1也无效)
tcp_dsack ：BOOLEAN
缺省值为1
允许TCP发送”两个完全相同”的SACK。
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_timestamps=1 # 开启对于TCP时间戳的支持,若该项设置为0，则下面一项设置不起作用
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
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
#接收套接字缓冲区大小的默认值(以字节为单位)。
net.core.rmem_default = 262144
#接收套接字缓冲区大小的最大值(以字节为单位)。
net.core.rmem_max = 16777216
#发送套接字缓冲区大小的默认值(以字节为单位)。
net.core.wmem_default = 262144
#发送套接字缓冲区大小的最大值(以字节为单位)。
net.core.wmem_max = 16777216
#用来限制监听(LISTEN)队列最大数据包的数量，超过这个数量就会导致链接超时或者触发重传机制。
net.core.somaxconn = 262144
#当网卡接收数据包的速度大于内核处理的速度时，会有一个队列保存这些数据包。这个参数表示该队列的最大值。
net.core.netdev_max_backlog = 262144
#表示系统中最多有多少TCP套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这里设置的数字，连接就会复位并输出警告信息。这个限制仅仅是为了防止简单的DoS攻击。此值不能太小。
net.ipv4.tcp_max_orphans = 262144
#表示那些尚未收到客户端确认信息的连接（SYN消息）队列的长度，默认为1024，加大队列长度为262144，可以容纳更多等待连接的网络连接数。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144
#表示系统同时保持TIME_WAIT套接字的最大数量。如果超过此数，TIME_WAIT套接字会被立刻清除并且打印警告信息。之所以要设定这个限制，纯粹为了抵御那些简单的DoS攻击，不过，过多的TIME_WAIT套接字也会消耗服务器资源，甚至死机。
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 10000
#表示允许系统打开的端口范围。
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65500
#以下两参数可解决生产场景中大量连接的服务器中TIME_WAIT过多问题。
#表示开启TCP连接中TIME_WAIT套接字的快速回收，默认为0，表示关闭。
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
#表示允许重用TIME_WAIT状态的套接字用于新的TCP连接,默认为0，表示关闭。
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
#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
#表示系统允许SYN连接的重试次数。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包。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 = 1
#表示在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量。
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
#减少处于FIN-WAIT-2连接状态的时间，使系统可以处理更多的连接。
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
#这个参数表示当keepalive启用时，TCP发送keepalive消息的频度。默认是2小时，若将其设置得小一些，可以更快地清理无效的连接。
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
#探测消息未获得响应时，重发该消息的间隔时间（秒）。系统默认75秒。
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30
#在认定连接失效之前，发送多少个TCP的keepalive探测包。系统默认值是9。这个值乘以tcp_keepalive_intvl之后决定了，一个连接发送了keepalive探测包之后可以有多少时间没有回应。
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3
#确定TCP栈应该如何反映内存使用，每个值的单位都是内存页（通常是4KB）。第一个值是内存使用的下限；第二个值是内存压力模式开始对缓冲区使用应用压力的上限；第三个值是内存使用的上限。在这个层次上可以将报文丢弃，从而减少对内存的使用。示例中第一个值为786432*4/1024/1024=3G，第二个值为1048576*4/1024/1024=4G，第三个值为1572864*4/1024/1024=6G。
net.ipv4.tcp_mem = 786432 1048576 1572864
#此参数限制并发未完成的异步请求数目，应该设置避免I/O子系统故障。
fs.aio-max-nr = 1048576
#该参数决定了系统中所允许的文件句柄最大数目，文件句柄设置代表linux系统中可以打开的文件的数量。
fs.file-max = 6815744
#第一列，表示每个信号集中的最大信号量数目。
#第二列，表示系统范围内的最大信号量总数目。
#第三列，表示每个信号发生时的最大系统操作数目。
#第四列，表示系统范围内的最大信号集总数目。
#（第一列）*（第四列）=（第二列）
kernel.sem = 250 32000 100 128
#表示尽量使用内存，减少使用磁盘swap交换分区，内存速度明显高于磁盘一个数量级。
vm.swappiness = 0
