Nginx性能优化-TCP篇
作者：互联网
性能优化方法论
- 软件层面提升硬件使用率
- 增大CPU的利用率
- 增大内存的利用率
- 增大硬盘IO的利用率
- 增大网络带宽的利用率
- 提升硬件
- 网卡：万兆网卡
- 硬盘：固体硬盘，关注IOPS和BPS指标
- CPU：更快主频，更多核心，更大缓存，更优架构
- 内存：更快访问速度
- 超出硬件性能上限后使用DNS
TCP基本知识
三次握手和四次挥手
)
Tcp Fast Open
起到tcp加快通信的作用
-
net.ipv4.tcp_fastopen 系统开启TFO功能
- 0：关闭
- 1：作为客户端时
- 2：作为服务端时
- 3：无论客户端或服务端，都开启TFO
-
Tcp Fast Open nginx配置,指定TFO连接队列长度
listen addres[:port][fastopen=number];
滑动窗口
- 用于限制连接的网速，解决报文乱序和可靠传输问题
- Nginx中limit_rate等限速指令皆依赖它实现
- 由操作系统内核实现
- 连接两端各有发送窗口(用于发送内容)和接收窗口(用于接收内容)
nginx超时指令和滑动窗口
- 两次读操作间的超时
client_body_timeout time; // 默认60s
- 两次写操作间的超时
send_timeout time; // 默认60s
- 兼具两次读写操作间的超时
proxy_timeout timeout; // 默认10m
缓冲区
- 读缓存最小值、默认值、最大值、单位字节，覆盖net.core.rmem_max
net.ipv4.tcp_rmem=4096 87380 6291456
- 写缓存最小值、默认值、最大值、单位字节，覆盖net.core.wmem_max
net.ipv4.tcp_wmem=4096 16384 4194304
- 系统无内存压力，启动压力模式阈值、最大值，单位为页的数量
net.ipv4.tcp_mem=1541646 2055528 3083292
- 开启自动调整缓存模式
net.ipv4.tcp_moderate_rcvbuf=1
- 调整接收窗口与应用缓存
net.ipv4.tcp_adv_win_scale=1
应用缓存=buffer/(2^tcp_adv_win_scale)
吞吐量=窗口/时延
BDP=带宽*时延
Nagle算法
作用：
1、避免一个连接上同时存在大量小报文：最多只存在一个小报文，合并多个小报文一起发送
2、提高带宽利用率
- Nagle算法在Nginx配置
tcp_nodelay off; // 吞吐量优先，开启Nagle算法。默认on
tcp_nodelay on; // 低时延优先，禁用Nagle算法。默认on
- Nginx避免发送小报文配置
postpone_output size; // 默认1460
CORK算法
仅针对sendfile on开启时有效，完全禁止小报文的发送，提升网络效率
tcp_nopush on|off; // 默认off开启
拥塞窗口
什么是拥塞窗口？发送方主动限制流量
什么是通告窗口？接收方限制流量
实际流量：拥塞窗口与通告窗口的最小值
拥塞处理：
-
慢启动
- 指数扩展拥塞窗口（cwnd为拥塞窗口大小）
- 每收到1个ACK，cwnd=cwnd+1
- 每过一个RTT，cwnd=cwnd*2
- 指数扩展拥塞窗口（cwnd为拥塞窗口大小）
-
拥塞避免
- 线性扩展拥塞窗口
- 每收到1个ACK，cwnd=cwnd+1/cwnd
- 每过一个RTT，窗口加1
- 线性扩展拥塞窗口
-
拥塞发送
- 急速降低拥塞窗口
- RTO超时，threshold=cwnd/2，cwnd=1
- Fast Retransmit ，收到3个duplicate ACK，cwnd=cwnd/2，threshold=cwnd
- 急速降低拥塞窗口
-
快速恢复
- 当Fast Retransmit出现时，cwnd调整为threshold+3*MSS
RTT(Round Trip Time)由物理链路传输时间+末端处理时间+路由器排队处理时间组成。
RTO(Retransmission Time Out)正确的重传之前的丢包
KeepAlive功能
tcp的keepalive和http的keepalive作用是不同的，http是为了复用，tcp则为了尽快释放。
tcp keepalive应用场景：检测实际断掉的连接和用于维持与客户端间防火墙有活跃网络包
linux系统的tcp keepalive：
- 发送心跳周期
net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200 // 秒
- 探测包发送间隔
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75
- 探测包重试次数
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9
Nginx的tcp keepalive：
- so_keepalive=30m::10
- Keepidlea,keepintvl,keepcnt
SYN攻击
什么是SYN攻击：攻击者短时间伪造不同IP地址的SYN报文，快速占满backlog队列，使服务器不能为正常用户服务
对SYN攻击防御的内核参数配置
- 接收自网卡，但未被内核协议栈处理的报文队列长度
net.core.netdev_max_backlog
- backlog队列长度，nginx配置
listen addres[:port][backlog=number]
- SYN_RCVD状态连接的最大个数(半连接)
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog
- 超出处理能力时，对新来的SYN直接回包RST，丢弃连接
net.ipv4.tcp_abort_on_overflow
- 当SYN队列满后，新的SYN不进入队列，计算出cookie再以SYN+ACK中的序列号返回客户端，正常客户端发报文时，服务器根据报文中携带的cookie重新恢复连接
- 由于cookie占用序列号空间，导致此时所有TCP可选功能失效，例如扩充窗口、时间戳等
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
文件句柄数
linux系统一切皆文件，并发的时候文件句柄数有上限
系统全局
- 操作系统可使用的最大句柄数
fs.file-max
查看命令：sysctl -a|grep file-max
- 使用fs.file-nr可以查看当前已分配、正在使用、上限
fs.file-nr=21632 0 40000500
查看命令：sysctl -a|grep file-nr
用户级别
# /etc/security/limits.conf
root soft nofile 65535
root hard nofile 65535
进程级别
- nginx配置文件
worker_rlimit_nofile number; // 默认无
相关配置
- 客户端 主动建立连接时，发SYN的重试次数
net.ipv4.tcp_syn_retries=6
- 客户端 建立连接时的本地端口可用范围
net.ipv4.ip_local_port_range=32768 60999
- 主动建立连接时应用层超时时间
proxy_connect_timeout time; // 默认是60s
- 服务端 SYN_RCVD状态连接的最大个数(半连接)
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog
- 服务端 被动建立连接时，发SYN/ACK的重试次数
net.ipv4.tcp_synack_retries
- 接收自网卡，但未被内核协议栈处理的报文队列长度
net.core.netdev_max_backlog = 262144
- backlog队列长度，nginx配置
listen addres[:port][backlog=number]
- ACCEPT队列已完成握手
net.core.somaxconn
- 超出处理能力时，对新来的SYN直接回包RST，丢弃连接
net.ipv4.tcp_abort_on_overflow
- 当SYN队列满后，新的SYN不进入队列，计算出cookie再以SYN+ACK中的序列号返回客户端，正常客户端发报文时，服务器根据报文中携带的cookie重新恢复连接
- 由于cookie占用序列号空间，导致此时所有TCP可选功能失效，例如扩充窗口、时间戳等
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
- 设置worker进程最大连接数量
worker_connections number; // 默认512
-
net.ipv4.tcp_fastopen 系统开启TFO功能
- 0：关闭
- 1：作为客户端时
- 2：作为服务端时
- 3：无论客户端或服务端，都开启TFO
-
Tcp Fast Open nginx配置,指定TFO连接队列长度
listen addres[:port][fastopen=number];
- 两次读操作间的超时
client_body_timeout time; // 默认60s
- 两次写操作间的超时
send_timeout time; // 默认60s
- 兼具两次读写操作间的超时
proxy_timeout timeout; // 默认10m
- 限制重传次数-丢包重传达到上限后，更新路由缓存
net.ipv4.tcp_retries1=3
- 限制重传次数-丢包重传达到上限后，关闭TCP连接
net.ipv4.tcp_retries2=15
- Nagle算法在Nginx配置
tcp_nodelay off; // 吞吐量优先，开启Nagle算法。默认on
tcp_nodelay on; // 低时延优先，禁用Nagle算法。默认on
- Nginx避免发送小报文配置
postpone_output size; // 默认1460
- 完全禁止小报文的发送
tcp_nopush on|off; // 默认off开启
- 发送心跳周期
net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200 // 秒
- 探测包发送间隔
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75
- 探测包重试次数
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9
标签：cwnd,报文,SYN,tcp,Nginx,TCP,net,优化,ipv4 来源： https://www.cnblogs.com/Otiger/p/16220187.html