簡述tcp協議對http性能的影響及優化


  當網站服務器並發連接達到一定程度時,你可能需要考慮服務器系統中tcp協議設置對http服務器的影響。

  tcp相關延時主要包括:

    1、tcp連接時建立握手;

    2、tcp慢啟動擁塞控制;

    3、數據聚集的Nagle算法;

    4、用於捎帶確認的tcp延遲確認算法;

    5、TIME_WAIT時延和端口耗盡。

  對上面的延時影響,相應的優化方法有:

    1、http使用“持久化連接”,http 1.0中使用connection:keep-alive, http 1.1默認使用持久化連接;

    2、調整或禁止延遲確認算法(HTTP協議具有雙峰特征的請求-應答行為降低了捎帶確認的可能);

    3、設置TCP_NODELAY禁止Nagle算法,提高性能;

    4、TIME_WAIT設置為一個較小的值。

  

  根據上述分析,我們可以修改linux的tcp參數,通過vi 打開/etc/sysctl.conf,添加如下參數

 

net.ipv4.ip_local_port_range=1024 65000
net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
net.ipv4.tcp_fin_timeout=15

  其中,

    net.ipv4.ip_local_port_range

    在服務器收到很多連接時,系統的可用端口將很快被耗盡。通過修改net.ipv4.ip_local_port_range參數,可以將可用端口的范圍改大.

  

    net.ipv4.tcp_tw_reuse

    當服務器需要在大量TCP連接之間切換時,會產生大量處於TIME_WAIT狀態的連接。TIME_WAIT意味着連接本身是關閉的,但資源還沒有釋放。將net_ipv4_tcp_tw_reuse設置為1是讓內核在安全時盡量回收連接,這比重新建立新連接要便宜得多。

 

    net.ipv4.tcp_fin_timeout

    這是處於TIME_WAIT狀態的連接在回收前必須等待的最小時間。改小它可以加快回收。

 

    若使用的是nginx服務器,還可以在nginx.conf中如下設置

http {
    sendfile           on;
    tcp_nodelay        on;

    keepalive_timeout  60;
    ... ...
}

  第一行的 sendfile 配置可以提高 Nginx 靜態資源托管效率。sendfile 是一個系統調用,直接在內核空間完成文件發送,不需要先 read 再 write,沒有上下文切換開銷。

  TCP_NODELAY 也是一個 socket 選項,啟用后會禁用 Nagle 算法,盡快發送數據,可以節約 200ms。Nginx 只會針對處於 keep-alive 狀態的 TCP 連接才會啟用 tcp_nodelay。

  最后一行用來指定服務端為每個 TCP 連接最多可以保持多長時間。Nginx 的默認值是 75 秒,有些瀏覽器最多只保持 60 秒,所以我統一設置為 60。

  我們可以通過命令 ss -s查看tcp連接信息

[root@localhost ~]# ss -s
Total: 31985 (kernel 0)
TCP:   7032 (estab 33, closed 6991, orphaned 4, synrecv 0, timewait 2336/0), ports 0

Transport Total     IP        IPv6
*         0         -         -
RAW       0         0         0
UDP       2         2         0
TCP       41        39        2
INET      43        41        2
FRAG      0         0         0

 

 所有的TCP/IP參數都位於/proc/sys/net目錄下(請注意,對/proc/sys/net目錄下內容的修改都是臨時的,任何修改在系統重啟后都會丟失),例如下面這些重要的參數:

參數(路徑+文件)

描述

默認值

優化值

/proc/sys/net/core/rmem_default

默認的TCP數據接收窗口大小(字節)。

229376

256960

/proc/sys/net/core/rmem_max

最大的TCP數據接收窗口(字節)。

131071

513920

/proc/sys/net/core/wmem_default

默認的TCP數據發送窗口大小(字節)。

229376

256960

/proc/sys/net/core/wmem_max

最大的TCP數據發送窗口(字節)。

131071

513920

/proc/sys/net/core/netdev_max_backlog

在每個網絡接口接收數據包的速率比內核處理這些包的速率快時,允許送到隊列的數據包的最大數目。

1000

2000

/proc/sys/net/core/somaxconn

定義了系統中每一個端口最大的監聽隊列的長度,這是個全局的參數。

128

2048

/proc/sys/net/core/optmem_max

表示每個套接字所允許的最大緩沖區的大小。

20480

81920

/proc/sys/net/ipv4/tcp_mem

確定TCP棧應該如何反映內存使用,每個值的單位都是內存頁(通常是4KB)。第一個值是內存使用的下限;第二個值是內存壓力模式開始對緩沖區使用應用壓力的上限;第三個值是內存使用的上限。在這個層次上可以將報文丟棄,從而減少對內存的使用。對於較大的BDP可以增大這些值(注意,其單位是內存頁而不是字節)。

94011  125351  188022

131072  262144  524288

/proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem

為自動調優定義socket使用的內存。第一個值是為socket接收緩沖區分配的最少字節數;第二個值是默認值(該值會被rmem_default覆蓋),緩沖區在系統負載不重的情況下可以增長到這個值;第三個值是接收緩沖區空間的最大字節數(該值會被rmem_max覆蓋)。

4096  87380  4011232

8760  256960  4088000

/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem

為自動調優定義socket使用的內存。第一個值是為socket發送緩沖區分配的最少字節數;第二個值是默認值(該值會被wmem_default覆蓋),緩沖區在系統負載不重的情況下可以增長到這個值;第三個值是發送緩沖區空間的最大字節數(該值會被wmem_max覆蓋)。

4096  16384  4011232

8760  256960  4088000

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time

TCP發送keepalive探測消息的間隔時間(秒),用於確認TCP連接是否有效。

7200

1800

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl

探測消息未獲得響應時,重發該消息的間隔時間(秒)。

75

30

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

在認定TCP連接失效之前,最多發送多少個keepalive探測消息。

9

3

/proc/sys/net/ipv4/tcp_sack

啟用有選擇的應答(1表示啟用),通過有選擇地應答亂序接收到的報文來提高性能,讓發送者只發送丟失的報文段,(對於廣域網通信來說)這個選項應該啟用,但是會增加對CPU的占用。

1

1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_fack

啟用轉發應答,可以進行有選擇應答(SACK)從而減少擁塞情況的發生,這個選項也應該啟用。

1

1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps

TCP時間戳(會在TCP包頭增加12個字節),以一種比重發超時更精確的方法(參考RFC 1323)來啟用對RTT 的計算,為實現更好的性能應該啟用這個選項。

1

1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_window_scaling

啟用RFC 1323定義的window scaling,要支持超過64KB的TCP窗口,必須啟用該值(1表示啟用),TCP窗口最大至1GB,TCP連接雙方都啟用時才生效。

1

1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies

表示是否打開TCP同步標簽(syncookie),內核必須打開了CONFIG_SYN_COOKIES項進行編譯,同步標簽可以防止一個套接字在有過多試圖連接到達時引起過載。

1

1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse

表示是否允許將處於TIME-WAIT狀態的socket(TIME-WAIT的端口)用於新的TCP連接 。

0

1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle

能夠更快地回收TIME-WAIT套接字。

0

1

/proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout

對於本端斷開的socket連接,TCP保持在FIN-WAIT-2狀態的時間(秒)。對方可能會斷開連接或一直不結束連接或不可預料的進程死亡。

60

30

/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

表示TCP/UDP協議允許使用的本地端口號

32768  61000

1024  65000

/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

對於還未獲得對方確認的連接請求,可保存在隊列中的最大數目。如果服務器經常出現過載,可以嘗試增加這個數字。

2048

2048

/proc/sys/net/ipv4/tcp_low_latency

允許TCP/IP棧適應在高吞吐量情況下低延時的情況,這個選項應該禁用。

0

 

/proc/sys/net/ipv4/tcp_westwood

啟用發送者端的擁塞控制算法,它可以維護對吞吐量的評估,並試圖對帶寬的整體利用情況進行優化,對於WAN 通信來說應該啟用這個選項。

0

 

/proc/sys/net/ipv4/tcp_bic

為快速長距離網絡啟用Binary Increase Congestion,這樣可以更好地利用以GB速度進行操作的鏈接,對於WAN通信應該啟用這個選項。

1

 

 

 

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