【银河麒麟高级服务器操作系统实例】tcp半链接数溢出分析及处理全过程

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服务器环境以及配置

|------|--------------|---------------------------------------------------------------|
| 系统环境 | 物理机/虚拟机/云/容器 | 虚拟机 |
| 网络环境 | 外网/私有网络/无网络 | 私有网络 |
| 硬件环境 | 处理器: | Kunpeng-920 |
| 硬件环境 | 内存: | 32 GiB |
| 硬件环境 | 机器型号 | OpenStack Foundation |
| 硬件环境 | 整机类型/架构: | aarch64 |
| 硬件环境 | BIOS版本: | EFI Development Kit II / OVMF |
| 硬件环境 | 网卡: | x ring 2048/2048 drv virtio_net v1.0.0 / fw UNKNOWN |
| 软件环境 | 具体操作系统版本 | 银河麒麟高级服务器操作系统 Kylin Linux Advanced Server release V10 (Sword) |
| 软件环境 | 内核版本 | 4.19.90-25.21.v2101.ky10.aarch64 |

现象描述

系统发现tcp半链接溢出情况。业务量上来的时候 timewait会逐步升高 最高2.6万 再后面就tcb半链接池溢出 然后应用访问开始缓慢。

现象分析

分析netstat日志

Listen queue overflowed (监听队列溢出): 96,600:全连接队列(已完成连接队列)已满,无法接收更多已完成握手的连接。

SYNs to LISTEN sockets dropped: 96,600: 半连接队列(SYN队列)已满,无法接收更多新的SYN请求,因此新的SYN包被丢弃。

Listen queue overflowed和SYNs to LISTEN sockets dropped两个统计项数值相等,表明每次监听队列溢出时,都会有一个新的SYN包被丢弃。表明服务器在处理新连接方面存在瓶颈,尤其是在应用程序调用accept()函数时的延迟。

accept()函数处理不及时是导致这种现象的主要原因,具体原因包括:

应用程序性能不足:

  • 应用程序在处理已建立连接时执行了阻塞操作,导致无法及时调用accept()。
  • 全连接队列长度由 net.core.somaxconn和listen(fd, backlog) 的backlog两者最小值决定,如果listen函数传参backlog太小会导致这种现象。
  • 使用单线程处理所有连接请求,无法高效处理高并发连接。
  • 应用程序的资源(如线程、进程、文件描述符)有限,无法快速处理新连接。
  1. 高并发连接请求:
  • 短时间内大量合法连接请求涌入,超出应用程序的处理能力。
  • 恶意攻击: 如SYN洪水攻击,导致大量半开连接占满队列。

系统参数配置不足:

  • tcp_max_syn_backlog和 somaxconn设置过低,,无法应对高并发连接请求。

查看内核参数net.core.somaxconn和net.ipv4.tcp_max_syn_backlog的值,都很大,并不会是这两个内核参数太小导致。

|------------------------------------------------------------------|
| net.core.somaxconn = 10240 net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144 |

服务器资源瓶颈:

  • CPU或内存不足: 高并发连接导致CPU或内存资源耗尽,影响连接处理速度。
  • I/O瓶颈: 网络接口或存储设备成为I/O瓶颈,限制了数据的快速处理。

分析sa日志

sar -rh -f sa27,查看内存使用情况,问题发生期间,还存在空闲内存,且可用内存较多。

sar -B -f sa27,查看内存回收情况,问题发生期间,没有进行内存回收,可见内存资源是够的。

sar -u ALL -f sa27,查看问题发生期间CPU使用情况,CPU资源使用正常,内核态占比很低。

sar -P ALL -f sa27,查看问题发生期间,各个CPU的使用率,每个CPU使用率都很低。

sar -d -f sa27,查看问题发生时,磁盘使用情况,磁盘使用很低。

sar -n DEV -f sa27,查看问题发生期间,网络流量情况,网络流量并不高。

分析结果

Listen queue overflowed和SYNs to LISTEN sockets dropped两个统计项数值相等,都为96,600,说明全连接和半链接都发生了溢出,是全连接溢出导致了这个问题。表明服务器在处理新连接方面存在瓶颈,尤其是在应用程序调用accept()函数时的延迟。

accept()函数处理不及时是导致这种现象的主要原因有应用程序性能不足、高并发连接请求、系统参数配置不足和服务器资源瓶颈。根据sa日志和内核参数分析,系统参数配置配置正常,服务器资源正常。

在高并发压测下出现这种问题,推测是应用程序端问题,建议应用端排查,如全连接队列长度由 net.core.somaxconn和listen(fd, backlog) 的backlog两者最小值决定,如果listen函数传参backlog太小会导致这种现象。

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