TCP中 socket SYN隊列與Accept隊列的區(qū)別有哪些

今天就跟大家聊聊有關(guān)TCP中 socket SYN隊列與Accept隊列的區(qū)別有哪些，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

首先我們必須明白，處于“LISTENING”狀態(tài)的TCP socket，有兩個獨立的隊列：

• SYN隊列（SYN Queue）
• Accept隊列（Accept Queue）

這兩個術(shù)語有時也被稱為“reqsk_queue”，“ACK backlog”，“l(fā)isten backlog”，甚至“TCP backlog”，但是這篇文章中我們使用上面兩個術(shù)語以免造成混淆。

SYN隊列

SYN隊列存儲了收到SYN包的連接（對應(yīng)內(nèi)核代碼的結(jié)構(gòu)體：struct inet_request_sock）。它的職責(zé)是回復(fù)SYN+ACK包，并且在沒有收到ACK包時重傳，直到超時。在Linux下，重傳的次數(shù)為：

$ sysctl net.ipv4.tcp_synack_retries

net.ipv4.tcp_synack_retries = 5

文檔中對tcp_synack_retries的描述如下：

 tcp_synack_retries - int整型
 對于一個被動TCP連接，重傳SYNACKs的次數(shù)。該值不能超過255。
 默認值為5，如果初始RTO是1秒，那么對應(yīng)的最后一次重傳是31秒。
 對應(yīng)的最后一次超時是63秒之后。

發(fā)送完SYN+ACK之后，SYN隊列等待從客戶端發(fā)出的ACK包（也即三次握手的最后一個包）。當(dāng)收到ACK包時，首先找到對應(yīng)的SYN隊列，再在對應(yīng)的SYN隊列中檢查相關(guān)的數(shù)據(jù)看是否匹配，如果匹配，內(nèi)核將該連接相關(guān)的數(shù)據(jù)從SYN隊列中移除，創(chuàng)建一個完整的連接（對應(yīng)內(nèi)核代碼的結(jié)構(gòu)體：struct inet_sock），并將這個連接加入Accept隊列。

Accept隊列

Accept隊列中存放的是已建立好的連接，也即等待被上層應(yīng)用程序取走的連接。當(dāng)進程調(diào)用accept()，這個socket從隊列中取出，傳遞給上層應(yīng)用程序。

這就是Linux處理SYN包的一個簡單描述。順便一提，當(dāng)socket開啟了TCP_DEFER_ACCEPT和TCP_FASTOPEN時，工作方式將會有細微不同，本文不做介紹。

隊列大小限制

應(yīng)用程序通過調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用listen(2)，傳入backlog參數(shù)，來設(shè)置SYN隊列和Accept隊列的最大大小。比如下面這樣，將SYN隊列和Accept隊列的最大大小同時設(shè)置為1024：

listen(sfd, 1024)

注意，在4.3版本之前的內(nèi)核，SYN隊列的大小是用另一種方式計算。

SYN隊列的最大大小以前是用net.ipv4.tcp_max_syn_backlog來配置，但是現(xiàn)在已經(jīng)不再使用了?，F(xiàn)在用net.core.somaxconn來同時表示SYN隊列和Accept隊列的最大大小。在我們的服務(wù)器上，我們將它設(shè)置為16k：

$ sysctl net.core.somaxconn

net.core.somaxconn = 16384

知道了上面這些信息后，你可能會問，隊列設(shè)置為多大合適？隊列設(shè)置為多大合適

答案是：看情況。對于大多數(shù)的TCP服務(wù)來說，這并不太重要。比如，Go語言1.11版本之前，并沒有提供設(shè)置隊列大小的方法。

盡管如此，也存在一些合理的原因，需要增大隊列的大?。?/p>

• 當(dāng)建立連接的請求速度確實很大時，即使是對于一個高性能的服務(wù)來說，SYN隊列也可能需要設(shè)置的大一些。
• SYN隊列的大小，換言之就是等待ACK包的連接數(shù)。也即與客戶端的平均往返時間越大，堆積在SYN隊列中的連接就越多。對于那些大部分客戶端都距離服務(wù)器很遠的場景，比如說往返時間幾百毫秒以上，可以將隊列大小設(shè)置的大一些。
• TCP_DEFER_ACCEPT選項如果打開了，會導(dǎo)致socket在SYN-RECV狀態(tài)下維持更長的時間，也即增大了處于SYN隊列中的時間。
   

但是，將backlog設(shè)置的過大也會帶來不好的影響：SYN隊列中的每一個槽位都需要占用一些內(nèi)存。當(dāng)遇到SYN Flood攻擊時，我們沒有必要為這些發(fā)起攻擊的包浪費資源。SYN隊列中的inet_request_sock結(jié)構(gòu)體，在4.14內(nèi)核下，每個將占用256字節(jié)的內(nèi)存。

linux下，如果想查看SYN隊列的當(dāng)前狀態(tài)，我們可以使用ss命令來查詢SYN-RECV狀態(tài)的socket。比如如下執(zhí)行結(jié)果，表示80端口的SYN隊列中當(dāng)前有119個元素，443端口則為78。

 $ ss -n state syn-recv sport = :80 | wc -l
 119
 $ ss -n state syn-recv sport = :443 | wc -l
 78

假如程序調(diào)用accept()不夠快？還可以通過我們的SystemTap腳本來觀察這個數(shù)據(jù)：resq.stp

如果程序調(diào)用accept()不夠快會發(fā)生什么呢？

• 后續(xù)收到的SYN包，不會被SYN隊列處理
• 后續(xù)收到的（用于建立連接的）ACK包，不會被SYN隊列處理
• TcpExtListenOverflows / LINUX_MIB_LISTENOVERFLOWS計數(shù)增加
• TcpExtListenDrops / LINUX_MIB_LISTENDROPS計數(shù)增加
   

發(fā)生這種情況時，我們只能寄希望于程序的處理性能稍后能恢復(fù)正常，客戶端重新發(fā)送被服務(wù)端丟棄的包。

內(nèi)核的這種表現(xiàn)對于大部分服務(wù)來說是可接受的。順便一提，可以通過調(diào)整net.ipv4.tcp_abort_on_overflow這個全局參數(shù)來修改這種表現(xiàn)，但是最好還是不要改這個參數(shù)。

可以通過查看nstat的計數(shù)來觀察Accept隊列溢出的狀態(tài)：

 $ nstat -az TcpExtListenDrops
 TcpExtListenDrops 49199 0.0

但是這是一個全局的計數(shù)。觀察起來不夠直觀，比如有時我們觀察到它在增長，但是所有的服務(wù)程序看起來都是正常的。此時我們可以使用ss命令來觀察單個監(jiān)聽端口的Accept隊列大?。?/p>

 $ ss -plnt sport = :6443|cat
 State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
 LISTEN 0 1024 *:6443 *:*

Recv-Q這一列顯示的是處于Accept隊列中的socket數(shù)量，Send-Q顯示的是隊列的最大大小。在上面的例子中，我們發(fā)現(xiàn)并沒有未被程序accept()的socket，但是我們依然發(fā)現(xiàn)ListenDrops計數(shù)在增長。

這是因為我們的程序只是周期性的短暫卡住不處理新的連接，而非永久性的不處理，過段時間程序又恢復(fù)了正常。這種情況下，用ss命令比較難觀察這種現(xiàn)象，因此我們寫了一個SystemTap腳本，它會hook進內(nèi)核，把被丟棄的SYN包打印出來：

$ sudo stap -v acceptq.stp
time (us)    acceptq qmax local addr  remote_addr
1495634198449075 1025  1024 0.0.0.0:6443 10.0.1.92:28585
1495634198449253 1025  1024 0.0.0.0:6443 10.0.1.92:50500
1495634198450062 1025  1024 0.0.0.0:6443 10.0.1.92:65434
...

通過上面的操作，可以觀察到哪些SYN包被ListenDrops影響了。從而我們也就可以知道哪些程序在丟失連接。

看完上述內(nèi)容，你們對TCP中 socket SYN隊列與Accept隊列的區(qū)別有哪些有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關(guān)內(nèi)容，請關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝大家的支持。