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學習Linux命令的正確姿勢

問題描述

模擬高并發的場景，會出現批量的 TIME_WAIT 的 TCP 連接：

短時間后，所有的 TIME_WAIT 全都消失，被回收，端口包括服務，均正常。即，在高并發的場景下，TIME_WAIT 連接存在，屬于正常現象。線上場景中，持續的高并發場景：

一部分 TIME_WAIT 連接被回收，但新的 TIME_WAIT 連接產生；
一些極端情況下，會出現大量的 TIME_WAIT 連接。

Think：上述大量的 TIME_WAIT 狀態 TCP 連接，有什么業務上的影響嗎？

Nginx 作為反向代理時，大量的短鏈接，可能導致 Nginx 上的 TCP 連接處于 time_wait 狀態：

每一個 time_wait 狀態，都會占用一個「本地端口」，上限為 65535(16 bit，2 Byte)；
當大量的連接處于 time_wait 時，新建立 TCP 連接會出錯，address already in use : connect 異常

統計 TCP 連接的狀態：

// 統計：各種連接的數量 $ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}' ESTABLISHED 1154 TIME_WAIT 1645Tips：TCP 本地端口數量，上限為 65535（6.5w），這是因為 TCP 頭部使用 16 bit，存儲「端口號」，因此約束上限為 65535。

問題分析

大量的 TIME_WAIT 狀態 TCP 連接存在，其本質原因是什么？

大量的短連接存在
特別是 HTTP 請求中，如果 connection 頭部取值被設置為 close 時，基本都由「服務端」發起主動關閉連接
而，TCP 四次揮手關閉連接機制中，為了保證 ACK 重發和丟棄延遲數據，設置 time_wait 為 2 倍的 MSL（報文最大存活時間）

TIME_WAIT 狀態：

TCP 連接中，主動關閉連接的一方出現的狀態；（收到 FIN 命令，進入 TIME_WAIT 狀態，并返回 ACK 命令）
保持 2 個 MSL 時間，即，4 分鐘；（MSL 為 2 分鐘）

解決辦法

解決上述 time_wait 狀態大量存在，導致新連接創建失敗的問題，一般解決辦法：

客戶端，HTTP 請求的頭部，connection 設置為 keep-alive，保持存活一段時間：現在的瀏覽器，一般都這么進行了
服務器端允許 time_wait 狀態的 socket 被重用縮減 time_wait 時間，設置為 1 MSL（即，2 mins）

結論：幾個核心要點

time_wait 狀態的影響：

TCP 連接中，「主動發起關閉連接」的一端，會進入 time_wait 狀態
time_wait 狀態，默認會持續 2 MSL（報文的最大生存時間），一般是 2x2 mins
time_wait 狀態下，TCP 連接占用的端口，無法被再次使用
TCP 端口數量，上限是 6.5w（65535，16 bit）
大量 time_wait 狀態存在，會導致新建 TCP 連接會出錯，address already in use : connect 異常

現實場景：

服務器端，一般設置：不允許「主動關閉連接」
但 HTTP 請求中，http 頭部 connection 參數，可能設置為 close，則，服務端處理完請求會主動關閉 TCP 連接
現在瀏覽器中， HTTP 請求 connection 參數，一般都設置為 keep-alive
Nginx 反向代理場景中，可能出現大量短鏈接，服務器端，可能存在

解決辦法：

服務器端允許 time_wait 狀態的 socket 被重用
縮減 time_wait 時間，設置為 1 MSL（即，2 mins）

附錄

幾個方面：

TCP 連接狀態的查詢
MSL 時間
TCP 三次握手和四次握手

附錄 A：查詢 TCP 連接狀態Mac 下，查詢 TCP 連接狀態的具體命令：

// Mac 下，查詢 TCP 連接狀態$ netstat -nat |grep TIME_WAIT // Mac 下，查詢 TCP 連接狀態，其中 -E 表示 grep 或的匹配邏輯$ 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 // 統計：各種連接的數量$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'ESTABLISHED 1154TIME_WAIT 1645附錄 B：MSL 時間 MSL，Maximum Segment Lifetime，“報文最大生存時間”

任何報文在網絡上存在的最長時間，超過這個時間報文將被丟棄。（IP 報文）
TCP報文（segment）是ip數據報（datagram）的數據部分。

Tips：RFC 793中規定MSL為2分鐘，實際應用中常用的是30秒，1分鐘和2分鐘等。2MSL，TCP 的 TIME_WAIT 狀態，也稱為2MSL等待狀態：

當TCP的一端發起主動關閉（收到 FIN 請求），在發出最后一個ACK 響應后，即第3次握手完成后，發送了第四次握手的ACK包后，就進入了TIME_WAIT狀態。
必須在此狀態上停留兩倍的MSL時間，等待2MSL時間主要目的是怕最后一個 ACK包對方沒收到，那么對方在超時后將重發第三次握手的FIN包，主動關閉端接到重發的FIN包后，可以再發一個ACK應答包。
在 TIME_WAIT 狀態時，兩端的端口不能使用，要等到2MSL時間結束，才可繼續使用。（IP 層）
當連接處于2MSL等待階段時，任何遲到的報文段都將被丟棄。不過在實際應用中，可以通過設置「SO_REUSEADDR選項」，達到不必等待2MSL時間結束，即可使用被占用的端口。

附錄 C：TCP 三次握手和四次握手具體示意圖：