理解网络--Tcp性能优化-平芜编程栈

1.TCP 三次握手的性能提升

1.1.客户端优化

SYN_SENT 状态的优化

客户端作为主动发起连接方，首先它将发送SYN包，于是客户端的连接就会处于SYN_SENT状态。

如果客户端长时间没有收到SYN+ACK报文，则会重发SYN包，重发的次数由tcp_syn_retries参数控制，默认是5次。

你可以根据网络的稳定性和目标服务器的繁忙程度修改SYN的重传次数，调整客户端的三次握手时间上限。

1.2.服务端优化

如何查看由于 SYN 半连接队列已满，而被丢弃连接的情况？

如何调整 SYN 半连接队列大小？

要想增大半连接队列，不能只单纯增大tcp_max_syn_backlog的值，还需一同增大somaxconn和backlog，也就是增大accept队列。

最后，改变了如上这些参数后，要重启服务，因为SYN半连接队列和accept队列都是在listen()初始化的。

SYN_RCV 状态的优化

服务端收到客户端SYN后，发送SYN+ACK，若无法收到客户端ACK，会引发重传。修改重发次数的方法是，调整tcp_synack_retries参数。

accept 队列已满，只能丢弃连接吗？

tcp_abort_on_overflow共有两个值分别是0和1，其分别表示：

0：如果accept队列满了，那么server扔掉client发过来的ack；
1：如果accept队列满了，server发送一个RST包给client，表示废掉这个握手过程和这个连接；

通常情况下，应当把tcp_abort_on_overflow设置为0，因为这样更有利于应对突发流量。

如何调整 accept 队列的长度呢？

accept队列的长度取决于somaxconn和backlog之间的最小值，也就是min(somaxconn, backlog)。

如何查看服务端进程 accept 队列的长度？

Recv-Q：当前accept队列的大小，也就是当前已完成三次握手并等待服务端accept()的TCP连接；
Send-Q：accept队列最大长度，上面的输出结果说明监听8088端口的TCP服务，accept队列的最大长度为128；

如何查看由于 accept 连接队列已满，而被丢弃的连接？

上面看到的41150 times，表示accept队列溢出的次数。

如果持续不断地有连接因为accept队列溢出被丢弃，就应该调大backlog以及somaxconn参数。

1.3.如何绕过三次握手？

在 Linux 3.7 内核版本之后，提供了 TCP Fast Open 功能，这个功能可以减少 TCP 连接建立的时延。

接下来说说，TCP Fast Open 功能的工作方式

开启了TFO功能，cookie的值是存放到TCP option字段里的：

Linux 下怎么打开 TCP Fast Open 功能呢？

在Linux系统中，可以通过设置tcp_fastopn内核参数，来打开Fast Open功能：

tcp_fastopn各个值的意义:

0关闭
1作为客户端使用Fast Open功能
2作为服务端使用Fast Open功能
3无论作为客户端还是服务器，都可以使用Fast Open功能

TCP Fast Open功能需要客户端和服务端同时支持，才有效果。

2.TCP 四次挥手的性能提升

2.1.主动方的优化

调用 close 函数

调用了close函数意味着完全断开连接，完全断开不仅指无法传输数据，而且也不能发送数据。此时，调用了close函数的一方的连接叫做「孤儿连接」，如果你用netstat -p命令，会发现连接对应的进程名为空。

调用shutdown

第二个参数决定断开连接的方式，主要有以下三种方式：

SHUT_RD(0)：关闭连接的「读」这个方向，如果接收缓冲区有已接收的数据，则将会被丢弃，并且后续再收到新的数据，会对数据进行ACK，然后悄悄地丢弃。
SHUT_WR(1)：关闭连接的「写」这个方向，这就是常被称为「半关闭」的连接。如果发送缓冲区还有未发送的数据，将被立即发送出去，并发送一个 FIN 报文给对端。
SHUT_RDWR(2)：相当于SHUT_RD和SHUT_WR操作各一次，关闭套接字的读和写两个方向。

FIN_WAIT1 状态的优化

当迟迟收不到对方返回的ACK时，连接就会一直处于FIN_WAIT1状态。此时，内核会定时重发FIN报文，其中重发次数由tcp_orphan_retries参数控制。

控制孤儿连接数量

当进程调用了close函数关闭连接，此时连接就会是「孤儿连接」，因为它无法再发送和接收数据。控制参数tcp_max_orphans。如果孤儿连接数量大于它，新增的孤儿连接将不再走四次挥手，而是直接发送RST复位报文强制关闭。

FIN_WAIT2 状态的优化

如果连接是用shutdown函数关闭的，连接可以一直处于FIN_WAIT2状态。但对于close函数关闭的孤儿连接，由于无法再发送和接收数据，所以这个状态不可以持续太久，而tcp_fin_timeout控制了这个状态下连接的持续时长，默认值是60秒。它意味着对于孤儿连接（调用close关闭的连接），如果在60秒后还没有收到FIN报文，连接就会直接关闭。

TIME_WAIT 状态的优化

Linux提供了tcp_max_tw_buckets参数，当TIME_WAIT的连接数量超过该参数时，新关闭的连接就不再经历TIME_WAIT而直接关闭。
有一种方式可以在建立新连接时，复用处于TIME_WAIT状态的连接，那就是打开tcp_tw_reuse参数。但是需要注意，该参数是只用于客户端（建立连接的发起方），因为是在调用connect()时起作用的。tcp_tw_reuse从协议角度理解是安全可控的，可以复用处于TIME_WAIT的端口为新的连接所用。复用条件：
- 只适用于连接发起方，也就是C/S模型中的客户端；
- 对应的TIME_WAIT状态的连接创建时间超过1秒才可以被复用。
- 需要打开对TCP时间戳（tcp_timestamps）的支持（对方也要打开），引入时间戳下历史报文可被识别并丢弃，序列号回绕也可正确识别。

可以在程序中设置socket选项，来设置调用close关闭连接行为。

如果l_onoff为非0，且l_linger值为0，那么调用close后，会立该发送一个RST标志给对端，该TCP连接将跳过四次挥手，也就跳过了TIME_WAIT状态，直接关闭。

2.2.被动方的优化

被动方执行close发出FIN后，无法及时收到ACK，引发重传。重传控制参数：tcp_orphan_retries。

如果连接双方同时关闭连接，会怎么样？

3.TCP 传输数据的性能提升

窗口尺寸

这个窗口大小最大值，在当今高速网络下，很明显是不够用的。所以后续有了扩充窗口的方法：在TCP选项字段定义了窗口扩大因子，用于扩大TCP通告窗口，在TCP选项字段定义了窗口扩大因子，用于扩大TCP通告窗口，所以此时窗口的最大值可以达到1GB。

Linux中打开这一功能，需要把tcp_window_scaling配置设为1（默认打开）。

要使用窗口扩大选项，通讯双方必须在各自的SYN报文中发送这个选项：