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优化Linux的内核参数来提高服务器并发处理能力

在服务器硬件资源额定有限的情况下,最大的压榨服务器的性能,提高服务器的并发处理能力,是很多运维技术人员思考的问题。要提高Linux系统下的负载能力,可以使用Nginx等原生并发处理能力就很强的Web服务器,如果使用Apache的可以启用其Worker模式,来提高其并发处理能力。除此之外,在考虑节省成本的情况下,可以修改Linux的内核相关TCP参数,来最大的提高服务器性能。当然,最基础的提高负载问题,还是升级服务器硬件了,这是最根本的。

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。

用vim打开配置文件:

# vim /etc/sysctl.conf

在这个文件中,加入下面的几行内容:

net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

输入下面的命令,让内核参数生效:

# sysctl -p

简单的说明上面的参数的含义:

net.ipv4.tcp_syncookies = 1
#表示开启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_tw_reuse = 1
#表示开启重用。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_recycle = 1
#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_fin_timeout
#修改系統默认的 TIMEOUT 时间。

在经过这样的调整之后,除了会进一步提升服务器的负载能力之外,还能够防御小流量程度的DoS、CC和SYN攻击。

此外,如果你的连接数本身就很多,我们可以再优化一下TCP的可使用端口范围,进一步提升服务器的并发能力。依然是往上面的参数文件中,加入下面这些配置:

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
#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
#表示当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。

net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65000
#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。(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.tcp_max_syn_backlog = 8192
#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。

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000
#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。

内核其他TCP参数说明:

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65536
#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。对于有128M内存的系统而言,缺省值是1024,小内存的系统则是128。

net.core.netdev_max_backlog = 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.somaxconn = 32768
#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定义的NGX_LISTEN_BACKLOG默认为511,所以有必要调整这个值。

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

net.ipv4.tcp_timestsmps = 0
#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。

net.ipv4.tcp_synack_retries = 2
#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_syn_retries = 2
#在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量。

#net.ipv4.tcp_tw_len = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
# 开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接。

net.ipv4.tcp_wmem = 8192 436600 873200
# TCP写buffer,可参考的优化值: 8192 436600 873200

net.ipv4.tcp_rmem = 32768 436600 873200
# TCP读buffer,可参考的优化值: 32768 436600 873200

net.ipv4.tcp_mem = 94500000 91500000 92700000
# 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

net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800
#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,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_fin_timeout = 30
#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。对端可以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。

经过这样的优化配置之后,你的服务器的TCP并发处理能力会显著提高。以上配置仅供参考,用于生产环境请根据自己的实际情况。

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