Linux实例常用内核网络参数介绍与常见问题处理

2022-02-19 13:02:28

概述

本文主要介绍常见的Linux内核参数及相关问题的处理。

详细信息

阿里云提醒您：

  • 如果您对实例或数据有修改、变更等风险操作，务必注意实例的容灾、容错能力，确保数据安全。
  • 如果您对实例（包括但不限于ECS、RDS）等进行配置与数据修改，建议提前创建快照或开启RDS日志备份等功能。
  • 如果您在阿里云平台授权或者提交过登录账号、密码等安全信息，建议您及时修改。

本文主要介绍以下几点内容，您可以根据实际需要选择。

查看和修改Linux实例内核参数

在修改内核参数前，需要注意以下几点：

  • 从实际需求出发，尽量有相关数据的支撑，不建议随意调整内核参数。
  • 了解参数的具体作用，需注意同类型或版本的环境中，内核参数可能有所不同。
  • 备份ECS实例中的重要数据。关于如何备份数据请参见创建快照。

本文提供以下两种修改Linux实例内核参数的方法。

方法一：通过/proc/sys/目录查看和修改内核参数

/proc/sys/目录是Linux内核在启动后生成的伪目录，其目录下的net文件夹中存放了当前系统中开启的所有内核参数，目录树结构与参数的完整名称相关，如net.ipv4.tcp_tw_recycle，它对应的文件是/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle文件，文件的内容就是参数值。方法一中修改的参数值仅在当前运行中生效，系统重启后会回滚到历史值，一般用于临时性验证修改的效果。若需要永久性修改，请参见方法二。

  • 查看内核参数：使用cat命令查看对应文件的内容，执行以下命令，查看net.ipv4.tcp_tw_recycle的值。
     
    cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle 
  • 修改内核参数：使用echo命令修改内核参数对应的文件，执行以下命令，将net.ipv4.tcp_tw_recycle的值修改为0。
     
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle

方法二：通过sysctl.conf文件查看和修改内核参数

  • 查看内核参数：执行sysctl -a命令，查看当前系统中生效的所有参数，系统显示类似如下。
     
    net.ipv4.tcp_app_win = 31
    net.ipv4.tcp_adv_win_scale = 2
    net.ipv4.tcp_tw_reuse = 0
    net.ipv4.tcp_frto = 2
    net.ipv4.tcp_frto_response = 0
    net.ipv4.tcp_low_latency = 0
    net.ipv4.tcp_no_metrics_save = 0
    net.ipv4.tcp_moderate_rcvbuf = 1
    net.ipv4.tcp_tso_win_divisor = 3
    net.ipv4.tcp_congestion_control = cubic
    net.ipv4.tcp_abc = 0
    net.ipv4.tcp_mtu_probing = 0
    net.ipv4.tcp_base_mss = 512
    net.ipv4.tcp_workaround_signed_windows = 0
    net.ipv4.tcp_challenge_ack_limit = 1000
    net.ipv4.tcp_limit_output_bytes = 262144
    net.ipv4.tcp_dma_copybreak = 4096
    net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle = 1
    net.ipv4.cipso_cache_enable = 1
    net.ipv4.cipso_cache_bucket_size = 10
    net.ipv4.cipso_rbm_optfmt = 0
    net.ipv4.cipso_rbm_strictvalid = 1
  • 通过以下两种方式，修改内核参数。
    说明：调整内核参数后，内核处于不稳定状态，请务必重启实例。
    • 执行以下命令，临时修改内核参数。
      /sbin/sysctl -w kernel.parameter="[$Example]"
      说明：[$Example]为参数值，如sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle="0"命令，将参数值改为0。
    • 通过修改配置文件的方式修改内核参数。
      1. 执行以下命令，修改/etc/sysctl.conf文件中的参数。
        vi /etc/sysctl.conf 
      2. 执行以下命令，使配置生效。
        /sbin/sysctl -p

Linux网络相关内核参数引发的常见问题及处理

Linux网络相关内核参数引发的常见问题主要包括以下几种。

问题一：Linux实例NAT哈希表满导致ECS实例丢包 问题二：报“Time wait bucket table overflow”错误
问题三：Linux实例中FIN_WAIT2状态的TCP链接过多 问题四：Linux实例中出现大量CLOSE_WAIT状态的TCP连接
问题五：客户端配置NAT后仍无法访问ECS或RDS远端服务器 问题六：存在大量处于TIME_WAIT状态的连接
问题七：服务端断开连接后客户端仍然可以看到是建立连接的 问题八：无法在本地网络环境通过SSH连接Linux实例

问题一：Linux实例NAT哈希表满导致ECS实例丢包

注意：此处涉及的内核参数如下。

  • net.netfilter.nf_conntrack_buckets
  • net.nf_conntrack_max
问题现象

Linux实例出现间歇性丢包，无法连接实例。请参见ping 丢包或不通时链路测试说明，通过tracert、mtr等工具排查，外部网络未见异常。同时，在系统日志中重复出现大量类似以下错误信息。

 
Feb  6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
Feb  6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
Feb  6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
Feb  6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
原因分析

ip_conntrack是Linux系统内NAT的一个跟踪连接条目的模块。ip_conntrack模块会使用一个哈希表记录TCP协议“established connection”记录，当这个哈希表满之后，便会导致“nf_conntrack: table full, dropping packet”错误。Linux系统会开辟一个空间，用于维护每一个TCP链接，这个空间的大小与nf_conntrack_buckets、nf_conntrack_max参数相关，后者的默认值是前者的4倍，所以一般建议调大nf_conntrack_max参数值。

说明：系统维护连接比较消耗内存，请在系统空闲和内存充足的情况下调大nf_conntrack_max参数，且根据系统的情况而定。

解决方法
  1. 登录Linux实例，如何登录Linux实例请参见使用管理终端连接Linux实例。
  2. 执行以下命令，编辑系统内核配置。
     
    vi /etc/sysctl.conf
  3. 修改哈希表项最大值参数net.netfilter.nf_conntrack_max为655350。
  4. 修改超时参数net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established为1200，默认情况下超时时间是432000秒。
  5. 执行sysctl -p命令，使配置生效。

问题二：报“Time wait bucket table overflow”错误

注意：此处涉及的内核参数为net.ipv4.tcp_max_tw_buckets。

问题现象
  • Linux实例的/var/log/message日志信息全是类似“kernel: TCP: time wait bucket table overflow”的报错信息，提示“time wait bucket table”溢出，系统显示类似如下。
     
    Feb 18 12:28:38 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
    Feb 18 12:28:44 i-*** kernel: printk: 227 messages suppressed.
    Feb 18 12:28:44 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
    Feb 18 12:28:52 i-*** kernel: printk: 121 messages suppressed.
    Feb 18 12:28:52 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
    Feb 18 12:28:53 i-*** kernel: printk: 351 messages suppressed.
    Feb 18 12:28:53 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
    Feb 18 12:28:59 i-*** kernel: printk: 319 messages suppressed.
  • 执行以下命令，统计处于TIME_WAIT状态的TCP连接数，发现处于TIME_WAIT状态的TCP连接非常多。
     
    netstat -ant|grep TIME_WAIT|wc -l
原因分析

参数net.ipv4.tcp_max_tw_buckets可以调整内核中管理TIME_WAIT状态的数量。当实例中处于TIME_WAIT状态，及需要转换为TIME_WAIT状态的连接数之和超过net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数值时，message日志中将报“time wait bucket table” 错误，同时内核关闭超出参数值的部分TCP连接。您需要根据实际情况适当调高net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数，同时从业务层面去改进TCP连接。

解决方法
  1. 执行以下命令，统计TCP连接数。
     
    netstat -anp |grep tcp |wc -l
  2. 执行以下命令，查询net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数。如果确认连接使用很高，则容易超出限制。
     
    vi /etc/sysctl.conf
  1. 根据现场情况，增加net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数值的大小。
  1. 执行sysctl -p命令，使配置生效。

问题三：Linux实例中FIN_WAIT2状态的TCP链接过多

注意：此处涉及的内核参数为net.ipv4.tcp_fin_timeout。

问题现象

FIN_WAIT2状态的TCP链接过多。

原因分析
  • 在HTTP服务中，Server由于某种原因会主动关闭连接，例如KEEPALIVE超时的情况下。作为主动关闭连接的Server就会进入FIN_WAIT2状态。
  • 在TCP/IP协议栈中，存在半连接的概念，FIN_WAIT2状态不算超时，如果Client不关闭，FIN_WAIT2状态将保持到系统重启，越来越多的FIN_WAIT2状态会致使内核Crash。
  • 建议调小net.ipv4.tcp_fin_timeout参数的值，以便加快系统关闭处于FIN_WAIT2状态的TCP连接。
解决方法
  1. 执行vi /etc/sysctl.conf命令，修改或增加以下内容。
     
    net.ipv4.tcp_syncookies = 1
    net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
    net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
    net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000
  2. 执行sysctl -p命令，使配置生效。

    注意：由于FIN_WAIT2状态的TCP连接会进入TIME_WAIT状态，请同时参见问题二：报“Time wait bucket table overflow”错误。

问题四：Linux实例中出现大量CLOSE_WAIT状态的TCP连接

问题现象

执行以下命令，发现当前系统中处于CLOSE_WAIT状态的TCP连接非常多。

 
netstat -atn|grep CLOSE_WAIT|wc -l
原因分析

根据实例上的业务量判断CLOSE_WAIT数量是否超出了正常的范围。TCP连接断开时需要进行四次挥手，TCP连接的两端都可以发起关闭连接的请求，若对端发起了关闭连接，但本地没有关闭连接，那么该连接就会处于CLOSE_WAIT状态。虽然该连接已经处于半开状态，但是已经无法和对端通信，需要及时的释放该连接。建议从业务层面及时判断某个连接是否已经被对端关闭，即在程序逻辑中对连接及时关闭，并进行检查。

解决方法

编程语言中对应的读、写函数一般包含了检测CLOSE_WAIT状态的TCP连接功能，可通过执行以下命令，查看当前实例上处于CLOSE_WAIT状态的连接数。Java语言和C语言中关闭连接的方法如下。

 
netstat -an|grep CLOSE_WAIT|wc -l

Java语言

  1. 通过read方法来判断I/O 。当read方法返回-1时，则表示已经到达末尾。
  2. 通过close方法关闭该链接。

C语言

检查read的返回值。

  • 若等于0，则可以关闭该连接。
  • 若小于0，则查看error，若不是AGAIN，则同样可以关闭连接。

问题五：客户端配置NAT后仍无法访问ECS或RDS远端服务器

说明：此处涉及的内核参数如下。

  • net.ipv4.tcp_tw_recycle
  • net.ipv4.tcp_timestamps
问题现象

客户端配置NAT后无法访问远端ECS、RDS，包括配置了SNAT的VPC中的ECS实例。同时无法访问其他ECS或RDS等云产品，抓包检测发现远端ECS和RDS对客户端发送的SYN包没有响应。

原因分析

若远端服务器的内核参数net.ipv4.tcp_tw_recycle和net.ipv4.tcp_timestamps的值都为1，则远端服务器会检查每一个报文中的时间戳（Timestamp），若Timestamp不是递增的关系，不会响应这个报文。配置NAT后，远端服务器看到来自不同客户端的源IP相同，但NAT前每一台客户端的时间可能会有偏差，报文中的Timestamp就不是递增的情况。

解决方法
  • 远端服务器为ECS时，修改net.ipv4.tcp_tw_recycle参数为0。
  • 远端服务器为RDS等PaaS服务时。RDS无法直接修改内核参数，需要在客户端上修改net.ipv4.tcp_tw_recycle参数和net.ipv4.tcp_timestamps参数为0。

问题六：存在大量处于TIME_WAIT状态的连接

说明：此处涉及的内核参数如下。

  • net.ipv4.tcp_syncookies
  • net.ipv4.tcp_tw_reuse
  • net.ipv4.tcp_tw_recycle
  • net.ipv4.tcp_fin_timeout
问题现象

云服务器中存在大量处于TIME_WAIT状态的连接。

原因分析

首先通过调用close()发起主动关闭，在发送最后一个ACK之后会进入time_wait的状态，该发送方会保持2MSL时间之后才会回到初始状态。MSL值是数据包在网络中的最大生存时间。产生这种结果使得这个TCP连接在2MSL连接等待期间，定义这个连接的四元组（客户端IP地址和端口，服务端IP地址和端口号）不能被使用。

解决方法

通过netstat或ss命令，可以看到大量处于TIME_WAIT状态的连接。

  1. 执行以下命令，查看TIME_WAIT状态的连接数量。
     
    netstat -n | awk ‘/^tcp/ {++y[$NF]} END {for(w in y) print w, y[w]}‘
  2. 执行以下命令，编辑系统内核配置。
     
    vi /etc/sysctl.conf
    修改或加入以下内容。
     
    net.ipv4.tcp_syncookies = 1 
    net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 
    net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
    net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
  3. 执行命令以下命令，使配置生效。
     
    /sbin/sysctl -p

问题七：服务端断开连接后客户端仍然可以看到是建立连接的

注意：此处涉及的内核参数为net.ipv4.tcp_fin_timeout。

问题现象

服务端A与客户端B建立了TCP连接，之后服务端A主动断开了连接，但是在客户端B上仍然看到连接是建立的。

Linux实例常用内核网络参数介绍与常见问题处理

Linux实例常用内核网络参数介绍与常见问题处理

原因分析

通常是由于修改了服务端默认的net.ipv4.tcp_fin_timeout内核参数所致。

解决方法
  1. 执行以下命令，修改配置，设置net.ipv4.tcp_fin_timeout=30。
     
     vi /etc/sysctl.conf
  2. 执行以下命令，使配置生效。
     
    sysctl -p

问题八：无法在本地网络环境通过SSH连接Linux实例

说明：此处涉及的内核参数如下：

  • net.ipv4.tcp_tw_recycle
  • net.ipv4.tcp_timestamps
问题现象

无法在本地网络环境通过SSH连接Linux实例，或者访问该Linux实例上的HTTP业务出现异常。Telnet测试会被reset。

原因分析

如果您的本地网络是NAT共享方式上网，该问题可能是由于本地NAT环境和目标Linux相关内核参数配置不匹配导致。尝试通过修改目标Linux实例内核参数来解决问题。

  1. 远程连接目标Linux实例。
  2. 执行以下命令，查看当前配置。
     
    cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle
    cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps
  3. 查看上述两个配置的值是否为0，如果为1，NAT环境下的请求可能会导致上述问题。
解决方法

通过以下方式将上述参数值修改为0。

  1. 执行以下命令，修改配置文件。
     
    vi /etc/sysctl.conf
  2. 添加如下内容。
     
    net.ipv4.tcp_tw_recycle=0
    net.ipv4.tcp_timestamps=0
  3. 执行如下命令，使配置生效。
     
    sysctl -p
  4. 重新SSH登录实例，或者进行业务访问测试。

文档涉及的Linux内核参数说明

文档涉及的Linux内核参数说明如下，可参见以下参数说明进行相关操作。

参数 描述
net.core.rmem_default 默认的TCP数据接收窗口大小（字节）。
net.core.rmem_max 最大的TCP数据接收窗口（字节）。
net.core.wmem_default 默认的TCP数据发送窗口大小（字节）。
net.core.wmem_max 最大的TCP数据发送窗口（字节）。
net.core.netdev_max_backlog 当内核处理速度比网卡接收速度慢时，这部分多出来的包就会被保存在网卡的接收队列上，而该参数说明了这个队列的数量上限。在每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。
net.core.somaxconn 该参数定义了系统中每一个端口最大的监听队列的长度，是个全局参数。该参数和net.ipv4.tcp_max_syn_backlog有关联，后者指的是还在三次握手的半连接的上限，该参数指的是处于ESTABLISHED的数量上限。若您的ECS实例业务负载很高，则有必要调高该参数。listen(2)函数中的参数backlog 同样是指明监听的端口处于ESTABLISHED的数量上限，当backlog大于net.core.somaxconn时，以net.core.somaxconn参数为准。
net.core.optmem_max 表示每个套接字所允许的最大缓冲区的大小。
net.ipv4.tcp_mem 确定TCP栈应该如何反映内存使用，每个值的单位都是内存页（通常是4KB）。
第一个值是内存使用的下限。
第二个值是内存压力模式开始对缓冲区使用应用压力的上限。
第三个值是内存使用的上限。在这个层次上可以将报文丢弃，从而减少对内存的使用。对于较大的BDP可以增大这些值（其单位是内存页而不是字节）。
net.ipv4.tcp_rmem 为自动调优定义Socket使用的内存。
第一个值是为Socket接收缓冲区分配的最少字节数。
第二个值是默认值（该值会被rmem_default覆盖），缓冲区在系统负载不重的情况下可以增长到这个值。
第三个值是接收缓冲区空间的最大字节数（该值会被rmem_max覆盖）。
net.ipv4.tcp_wmem 为自动调优定义Socket使用的内存。
第一个值是为Socket发送缓冲区分配的最少字节数。
第二个值是默认值（该值会被wmem_default覆盖），缓冲区在系统负载不重的情况下可以增长到这个值。
第三个值是发送缓冲区空间的最大字节数（该值会被wmem_max覆盖）。
net.ipv4.tcp_keepalive_time TCP发送keepalive探测消息的间隔时间（秒），用于确认TCP连接是否有效。
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl 探测消息未获得响应时，重发该消息的间隔时间（秒）。
net.ipv4.tcp_keepalive_probes 在认定TCP连接失效之前，最多发送多少个keepalive探测消息。
net.ipv4.tcp_sack 启用有选择的应答（1表示启用），通过有选择地应答乱序接收到的报文来提高性能，让发送者只发送丢失的报文段，（对于广域网通信来说）这个选项应该启用，但是会增加对CPU的占用。
net.ipv4.tcp_fack 启用转发应答，可以进行有选择应答（SACK）从而减少拥塞情况的发生，这个选项也应该启用。
net.ipv4.tcp_timestamps TCP时间戳（会在TCP包头增加12B），以一种比重发超时更精确的方法（参考RFC 1323）来启用对RTT的计算，为实现更好的性能应该启用这个选项。
net.ipv4.tcp_window_scaling 启用RFC 1323定义的window scaling，要支持超过64KB的TCP窗口，必须启用该值（1表示启用），TCP窗口最大至1GB，TCP连接双方都启用时才生效。
net.ipv4.tcp_syncookies

该参数表示是否打开TCP同步标签（SYN_COOKIES），内核必须开启并编译CONFIG_SYN_COOKIES，SYN_COOKIES可以防止一个套接字在有过多试图连接到达时，引起过载。默认值0表示关闭。
当该参数被设置为1，且SYN_RECV队列满了之后，内核会对SYN包的回复做一定的修改，即在响应的SYN+ACK包中，初始的序列号是由源IP+Port、目的IP+Port及时间这五个参数共同计算出一个值组成精心组装的TCP包。由于ACK包中确认的序列号并不是之前计算出的值，恶意攻击者无法响应或误判，而请求者会根据收到的SYN+ACK包做正确的响应。启用net.ipv4.tcp_syncookies后，会忽略net.ipv4.tcp_max_syn_backlog。
net.ipv4.tcp_tw_reuse 表示是否允许将处于TIME-WAIT状态的Socket（TIME-WAIT的端口）用于新的TCP连接。
net.ipv4.tcp_tw_recycle 能够更快地回收TIME-WAIT套接字。
net.ipv4.tcp_fin_timeout 对于本端断开的Socket连接，TCP保持在FIN-WAIT-2状态的时间（秒）。对方可能会断开连接或一直不结束连接或不可预料的进程死亡。
net.ipv4.ip_local_port_range 表示TCP/UDP协议允许使用的本地端口号。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog 该参数决定了系统中处于SYN_RECV状态的TCP连接数量。SYN_RECV状态指的是当系统收到SYN后，作为SYN+ACK响应后等待对方回复三次握手阶段中的最后一个ACK的阶段。对于还未获得对方确认的连接请求，可保存在队列中的最大数目。如果服务器经常出现过载，可以尝试增加这个数字。默认为1024。
net.ipv4.tcp_low_latency 允许TCP/IP栈适应在高吞吐量情况下低延时的情况，这个选项应该禁用。
net.ipv4.tcp_westwood 启用发送者端的拥塞控制算法，它可以维护对吞吐量的评估，并试图对带宽的整体利用情况进行优化，对于WAN通信来说应该启用这个选项。
net.ipv4.tcp_bic 为快速长距离网络启用Binary Increase Congestion，这样可以更好地利用以GB速度进行操作的链接，对于WAN通信应该启用这个选项。
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets 该参数设置系统的TIME_WAIT的数量，如果超过默认值则会被立即清除。默认为180000。
net.ipv4.tcp_synack_retries 指明了处于SYN_RECV状态时重传SYN+ACK包的次数。
net.ipv4.tcp_abort_on_overflow 设置该参数为1时，当系统在短时间内收到了大量的请求，而相关的应用程序未能处理时，就会发送Reset包直接终止这些链接。建议通过优化应用程序的效率来提高处理能力，而不是简单地Reset。默认值为0。
net.ipv4.route.max_size 内核所允许的最大路由数目。
net.ipv4.ip_forward 接口间转发报文。
net.ipv4.ip_default_ttl 报文可以经过的最大跳数。
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established 在指定之间内，已经建立的连接如果没有活动，则通过iptables进行清除。
net.netfilter.nf_conntrack_max 哈希表项最大值。

 

更多有关内核参数的信息，请参见以下链接：

适用于

    • 云服务器 ECS

Linux实例常用内核网络参数介绍与常见问题处理

上一篇：linux 文件内容查找、去重、统计


下一篇：Linux基础入门（二）了解系统目录