你遇到过 TIME_WAIT 的问题吗？

我相信很多人都遇到过这个问题。一旦有用户在喊：网络变慢了。

第一件事情就是 netstat -a | grep TIME_WAIT | wc -l 一下，哎呀妈呀，几千个 TIME_WAIT 。

然后，做的第一件事情就是：打开 Google 或者 Bing，输入关键词：too many time wait。一定能找到解决方案，而排在最前面或者被很多人到处转载的解决方案一定是：

#打开 sysctl.conf 文件，修改以下几个参数：

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

net.ipv4.tcp_timestamps = 1

你也会被告知，开启 tw_recylce 和 tw_reuse 一定需要 timestamps 的支持，而且这些配置一般不建议开启，但是对解决 TIME_WAIT 很多的问题，有很好的用处。

接下来，你就直接修改了这几个参数，reload 一下，发现，咦，没几分钟，TIME_WAIT 的数量真的降低了，也没发现哪个用户说有问题，然后就没有然后了。

做到这一步，相信 50% 或者更高比例的开发就已经止步了。问题好像解决了，但是，要彻底理解并解决这个问题，可能就没这么简单，或者说，还有很长的路要走！

什么是 TIME-WAIT 和 CLOSE-WAIT ?

所谓，要解决问题，就要先理解问题。随便改两行代码，发现 bug『没有了』，也不是 bug 真的没有了，只是隐藏在更深的地方，你没有发现，或者以你的知识水平，你无法发现而已。

大家都知道，由于 socket 是全双工的工作模式，一个 socket 的关闭，是需要四次挥手来完成的。

• 主动关闭连接的一方，调用 close() ；协议层发送 FIN 包

• 被动关闭的一方收到 FIN 包后，协议层回复 ACK ；然后被动关闭的一方，进入 CLOSE_WAIT 状态，主动关闭的一方等待对方关闭，则进入 FIN_WAIT_2 状态；此时，主动关闭的一方 等待 被动关闭一方的应用程序，调用 close 操作

• 被动关闭的一方在完成所有数据发送后，调用 close()操作；此时，协议层发送 FIN 包给主动关闭的一方，等待对方的 ACK ，被动关闭的一方进入 LAST_ACK 状态

• 主动关闭的一方收到 FIN 包，协议层回复 ACK ；此时，主动关闭连接的一方，进入 TIME_WAIT 状态；而被动关闭的一方，进入 CLOSED 状态

• 等待 2MSL 时间，主动关闭的一方，结束 TIME_WAIT ，进入 CLOSED 状态

通过上面的一次 socket 关闭操作，你可以得出以下几点：

• 主动关闭连接的一方——也就是主动调用 socket 的 close 操作的一方，最终会进入 TIME_WAIT 状态

• 被动关闭连接的一方，有一个中间状态，即 CLOSE_WAIT，因为协议层在等待上层的应用程序，主动调用 close 操作后才主动关闭这条连接 TIME_WAIT 会默认等待 2MSL 时间后，才最终进入 CLOSED 状态；在一个连接没有进入 CLOSED 状态之前，这个连接是不能被重用的！

所以，这里凭你的直觉， TIME_WAIT 并不可怕（not really，后面讲），CLOSE_WAIT 才可怕。因为 CLOSE_WAIT 很多，表示说要么是你的应用程序写的有问题，没有合适的关闭 socket ；要么是说，你的服务器 CPU 处理不过来（CPU 太忙）或者你的应用程序一直睡眠到其它地方(锁，或者文件 I/O 等等)，你的应用程序获得不到合适的调度时间，造成你的程序没法真正的执行 close 操作。

这里又出现两个问题：

• 上文提到的连接重用，那连接到底是个什么概念？

• 协议层为什么要设计一个 TIME_WAIT 状态？这个状态为什么默认等待 2MSL 时间才会进入 CLOSED

先解释清楚这两个问题，我们再来看，开头提到的几个网络配置究竟有什么用，以及 TIME_WAIT 的后遗症问题。

Socket 连接到底是个什么概念？

大家经常提 socket，那么，到底什么是一个 socket？其实，socket 就是一个 五元组，包括：

1. 源 IP
2. 源端口
3. 目的 IP
4. 目的端口
5. 类型：TCP or UDP

这个五元组，即标识了一条可用的连接。注意，有很多人把一个 socket 定义成四元组，也就是 源 IP:源端口 + 目的 IP:目的端口 ，这个定义是不正确的。

例如，如果你的本地出口 IP 是 180.172.35.150，那么你的浏览器在连接某一个 Web 服务器，例如百度的时候，这条 socket 连接的四元组可能就是：

[180.172.35.150:45678, tcp, 180.97.33.108:80]

源 IP 为你的出口 IP 地址 180.172.35.150，源端口为随机端口 45678，目的 IP 为百度的某一个负载均衡服务器IP 180.97.33.108，端口为 HTTP 标准的 80 端口。

如果这个时候，你再开一个浏览器，访问百度，将会产生一条新的连接：

[180.172.35.150:43678, tcp, 180.97.33.108:80]

这条新的连接的源端口为一个新的随机端口 43678。

如此来看，如果你的本机需要压测百度，那么，你最多可以创建多少个连接呢？

第二个问题，TIME_WAIT 有什么用？

如果我们来做个类比的话，TIME_WAIT 的出现，对应的是你的程序里的异常处理，它的出现，就是为了解决网络的丢包和网络不稳定所带来的其他问题：

第一，防止前一个连接【五元组，我们继续以 180.172.35.150:45678, tcp, 180.97.33.108:80 为例】上延迟的数据包或者丢失重传的数据包，被后面复用的连接【前一个连接关闭后，此时你再次访问百度，新的连接可能还是由 180.172.35.150:45678, tcp, 180.97.33.108:80 这个五元组来表示，也就是源端口凑巧还是 45678 】错误的接收（异常：数据丢了，或者传输太慢了），参见下图（找了很久没找到这张图，微信里面也没搜到 ）（找了好几次，我又找到了，还在微信里面 ）：

• SEQ=3 的数据包丢失，重传第一次，没有得到 ACK 确认

• 如果没有 TIME_WAIT，或者 TIME_WAIT 时间非常短，那么关闭的连接【180.172.35.150:45678, tcp, 180.97.33.108:80 】的状态变为了 CLOSED，源端口可被再次利用，马上被重用【对 180.97.33.108:80 新建的连接，复用了之前的随机端口 45678 】，并连续发送 SEQ=1,2 的数据包

• 此时，前面的连接上的 SEQ=3 的数据包再次重传，同时，SEQ 的序号刚好也是 3（这个很重要，不然，SEQ 的序号对不上，就会 RST 掉），此时，前面一个连接上的数据被后面的一个连接错误的接收

第二，确保连接方能在时间范围内，关闭自己的连接。其实，也是因为丢包造成的，参见下图：

• 主动关闭方关闭了连接，发送了 FIN；

• 被动关闭方回复 ACK 同时也执行关闭动作，发送 FIN 包；此时，被动关闭的一方进入 LAST_ACK 状态

• 主动关闭的一方回去了 ACK，主动关闭一方进入 TIME_WAIT 状态；

• 但是最后的 ACK 丢失，被动关闭的一方还继续停留在 LAST_ACK 状态

• 此时，如果没有 TIME_WAIT 的存在，或者说，停留在 TIME_WAIT 上的时间很短，则主动关闭的一方很快就进入了 CLOSED 状态，也即是说，如果此时新建一个连接，源随机端口如果被复用，在 connect 发送 SYN 包后，由于被动方仍认为这条连接【五元组】还在等待 ACK，但是却收到了 SYN，则被动方会回复 RST

• 造成主动创建连接的一方，由于收到了 RST，则连接无法成功

所以，你看到了，TIME_WAIT 的存在是很重要的，如果强制忽略 TIME_WAIT，还是有很高的机率，造成数据粗乱，或者短暂性的连接失败。

那么，为什么说，TIME_WAIT 状态会是持续 2MSL（2 倍的 max segment lifetime）呢？这个时间可以通过修改内核参数调整吗？第一，这个 2MSL，是 RFC 793 里定义的，参见 RFC 的截图（现在的地址）标红的部分：

这个定义，更多的是一种保障（IP 数据包里的 TTL，即数据最多存活的跳数，真正反应的才是数据在网络上的存活时间），确保最后丢失了 ACK，被动关闭的一方再次重发 FIN 并等待回复的 ACK，一来一去两个来回。内核里，写死了这个 MSL 的时间为：30秒（有读者提醒，RFC 里建议的 MSL 其实是 2 分钟，但是很多实现都是 30 秒），所以 TIME_WAIT 的即为 1 分钟：

define TCP_TIMEWAIT_LEN (60 * HZ)
# how long to wait to destory TIME-WAIT state，about 60 seconds

所以，再次回想一下前面的问题，如果一条连接，即使在四次握手关闭了，由于 TIME_WAIT 的存在，这个连接，在 1 分钟之内，也无法再次被复用，那么，如果你用一台机器做压测的客户端，你一分钟能发送多少并发连接请求？如果这台是一个负载均衡服务器，一台负载均衡服务器，一分钟可以有多少个连接同时访问后端的服务器呢？

TIME_WAIT 很多，可怕吗？

如果你通过 ss -tan state time-wait | wc -l 发现，系统中有很多 TIME_WAIT，很多人都会紧张。多少算多呢？几百几千？如果是这个量级，其实真的没必要紧张。第一，这个量级，因为 TIME_WAIT 所占用的内存很少很少；因为记录和寻找可用的 local port 所消耗的 CPU 也基本可以忽略。

会占用内存吗？当然！ 任何你可以看到的数据，内核里都需要有相关的数据结构来保存这个数据啊。一条 socket 处于 TIME_WAIT 状态，它也是一条『存在』的 socket，内核里也需要有保持它的数据：

• 内核里有保存所有连接的一个 hash table，这个 hash table 里面既包含 TIME_WAIT 状态的连接，也包含其他状态的连接。主要用于有新的数据到来的时候，从这个 hash table 里快速找到这条连接。不同的内核对这个 hash table 的大小设置不同，你可以通过 dmesg命令去找到你的内核设置的大小：

[root@root ~]# dmesg | grep 'TCP established hash table'
[    0.383043] TCP established hash table entries: 65536 (order: 7, 524288 bytes)

• 还有一个 hash table 用来保存所有的 bound ports，主要用于可以快速的找到一个可用的端口或者随机端口：

[root@root ~]# dmesg | grep "TCP bind hash table"
[    0.385282] TCP bind hash table entries: 65536 (order: 8, 1048576 bytes)

由于内核需要保存这些数据，必然，会占用一定的内存。

会消耗CPU吗？当然！ 每次找到一个随机端口，还是需要遍历一遍 bound ports 的吧，这必然需要一些 CPU 时间。

TIME_WAIT 很多，既占内存又消耗 CPU，这也是为什么很多人，看到 TIME_WAIT 很多，就蠢蠢欲动的想去干掉他们。其实，如果你再进一步去研究，1 万条 TIME_WAIT 的连接，也就多消耗1M 左右的内存，对现代的很多服务器，已经不算什么了。至于 CPU，能减少它当然更好，但是不至于因为 1 万多个 hash item 就担忧。

如果，你真的想去调优，还是需要搞清楚别人的调优建议，以及调优参数背后的意义！

TIME_WAIT 调优，你必须理解的几个调优参数

在具体的图例之前，我们还是先解析一下相关的几个参数存在的意义。

net.ipv4.tcp_timestamps

• RFC 1323 在 TCP Reliability 一节里，引入了 timestamp 的 TCP option，两个 4 字节的时间戳字段，其中第一个 4 字节字段用来保存发送该数据包的时间，第二个 4 字节字段用来保存最近一次接收对方发送到数据的时间。有了这两个时间字段，也就有了后续优化的余地。

• tcp_tw_reuse 和 tcp_tw_recycle 就依赖这些时间字段。

net.ipv4.tcp_tw_reuse

• 字面意思，reuse TIME_WAIT 状态的连接。

• 时刻记住一条 socket 连接，就是那个五元组，出现 TIME_WAIT 状态的连接，一定出现在主动关闭连接的一方。所以，当主动关闭连接的一方，再次向对方发起连接请求的时候（例如，客户端关闭连接，客户端再次连接服务端，此时可以复用了；负载均衡服务器，主动关闭后端的连接，当有新的 HTTP 请求，负载均衡服务器再次连接后端服务器，此时也可以复用），可以复用 TIME_WAIT 状态的连接。

• 通过字面解释，以及例子说明，你看到了，tcp_tw_reuse 应用的场景：某一方，需要不断的通过『短连接』连接其他服务器，总是自己先关闭连接( TIME_WAIT 在自己这方)，关闭后又不断的重新连接对方。

• 那么，当连接被复用了之后，延迟或者重发的数据包到达，新的连接怎么判断，到达的数据是属于复用后的连接，还是复用前的连接呢？那就需要依赖前面提到的两个时间字段了。复用连接后，这条连接的时间被更新为当前的时间，当延迟的数据达到，延迟数据的时间是小于新连接的时间，所以，内核可以通过时间判断出，延迟的数据可以安全的丢弃掉了。

• 这个配置，依赖于连接双方，同时对 timestamps 的支持。同时，这个配置，仅仅影响 outbound 连接，即做为客户端的角色，连接服务端【connect(dest_ip, dest_port)】时复用 TIME_WAIT 的 socket。

net.ipv4.tcp_tw_recycle

• 字面意思，销毁掉 TIME_WAIT。

• 当开启了这个配置后，内核会快速的回收处于 TIME_WAIT 状态的 socket 连接。多快？不再是 2MSL，而是一个 RTO（retransmission timeout，数据包重传的 timeout 时间）的时间，这个时间根据 RTT 动态计算出来，但是远小于 2MSL。

• 有了这个配置，还是需要保障 丢失重传或者延迟的数据包，不会被新的连接(注意，这里不再是复用了，而是之前处于 TIME_WAIT 状态的连接已经被 destroy 掉了，新的连接，刚好是和某一个被 destroy 掉的连接使用了相同的五元组而已)所错误的接收。在启用该配置，当一个 socket 连接进入 TIME_WAIT 状态后，内核里会记录包括该 socket 连接对应的五元组中的对方 IP 等在内的一些统计数据，当然也包括从该对方 IP 所接收到的最近的一次数据包时间。当有新的数据包到达，只要时间晚于内核记录的这个时间，数据包都会被统统的丢掉。

• 这个配置，依赖于连接双方对 timestamps 的支持。同时，这个配置，主要影响到了 inbound 的连接（对 outbound 的连接也有影响，但是不是复用），即做为服务端角色，客户端连进来，服务端主动关闭了连接，TIME_WAIT 状态的 socket 处于服务端，服务端快速的回收该状态的连接。

由此，如果客户端处于 NAT 的网络(多个客户端，同一个 IP 出口的网络环境)，如果配置了 tw_recycle，就可能在一个 RTO 的时间内，只能有一个客户端和自己连接成功(不同的客户端发包的时间不一致，造成服务端直接把数据包丢弃掉)。

我尽量尝试用文字解释清楚，但是，来点案例和图示，应该有助于我们彻底理解。

我们来看这样一个网络情况：

• 客户端 IP 地址为：180.172.35.150，我们可以认为是浏览器

• 负载均衡有两个 IP，外网 IP 地址为 115.29.253.156，内网地址为 10.162.74.10；外网地址监听 80 端口

• 负载均衡背后有两台 Web 服务器，一台 IP 地址为 10.162.74.43，监听 80 端口；另一台为 10.162.74.44，监听 80 端口

• Web 服务器会连接数据服务器，IP 地址为 10.162.74.45，监听 3306 端口

这种简单的架构下，我们来看看，在不同的情况下，我们今天谈论的 tcp_tw_reuse/tcp_tw_recycle 对网络连接的影响。

先做个假定：

• 客户端通过 HTTP/1.1 连接负载均衡，也就是说，HTTP 协议头 Connection 为 keep-alive，所以我们假定，客户端对负载均衡服务器的 socket 连接，客户端会断开连接，所以， TIME_WAIT 出现在客户端

• Web 服务器和 MySQL 服务器的连接，我们假定，Web 服务器上的程序在连接结束的时候，调用 close 操作关闭 socket 资源连接，所以，TIME_WAIT 出现在 Web 服务器端。

那么，在这种假定下：

• Web 服务器上，肯定可以配置开启的配置：tcp_tw_reuse；如果 Web 服务器有很多连向 DB 服务器的连接，可以保证 socket 连接的复用。

• 那么，负载均衡服务器和 Web 服务器，谁先关闭连接，则决定了我们怎么配置tcp_tw_reuse/tcp_tw_recycle 了

场景一：负载均衡服务器首先关闭连接

在这种情况下，因为负载均衡服务器对 Web 服务器的连接，TIME_WAIT 大都出现在负载均衡服务器上。

在负载均衡服务器上的配置：

• net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 //尽量复用连接

• net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0 //不能保证客户端不在NAT的网络啊

在 Web 服务器上的配置为：

• net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 //这个配置主要影响的是 Web 服务器到 DB 服务器的连接复用

• net.ipv4.tcp_tw_recycle 设置成 1 和 0 都没有任何意义。想一想，在负载均衡和它的连接中，它是服务端，但是 TIME_WAIT 出现在负载均衡服务器上；它和 DB 的连接，它是客户端， recycle 对它并没有什么影响，关键是 reuse

场景二：Web 服务器首先关闭来自负载均衡服务器的连接

在这种情况下，Web 服务器变成 TIME_WAIT 的重灾区。负载均衡对 Web 服务器的连接，由 Web 服务器首先关闭连接，TIME_WAIT 出现在 Web 服务器上；Web 服务器对 DB 服务器的连接，由 Web 服务器关闭连接，TIME_WAIT 也出现在它身上，此时，负载均衡服务器上的配置：

• net.ipv4.tcp_tw_reuse：0 或者 1 都行，都没有实际意义

• net.ipv4.tcp_tw_recycle=0 //一定是关闭 recycle

在 Web 服务器上的配置：

• net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 //这个配置主要影响的是 Web 服务器到 DB 服务器的连接复用

• net.ipv4.tcp_tw_recycle=1 //由于在负载均衡和 Web 服务器之间并没有 NAT 的网络，可以考虑开启 recycle，加速由于负载均衡和 Web 服务器之间的连接造成的大量 TIME_WAIT

回答几个大家提到的几个问题

1. 请问我们所说连接池可以复用连接，是不是意味着，需要等到上个连接 time wait 结束后才能再次使用?

所谓连接池复用，复用的一定是活跃的连接，所谓活跃，第一表明连接池里的连接都是 ESTABLISHED 的，第二，连接池做为上层应用，会有定时的心跳去保持连接的活跃性。既然连接都是活跃的，那就不存在有 TIME_WAIT 的概念了，在上篇里也有提到，TIME_WAIT 是在主动关闭连接的一方，在关闭连接后才进入的状态。既然已经关闭了，那么这条连接肯定已经不在连接池里面了，即被连接池释放了。

2. 想请问下，作为负载均衡的机器随机端口使用完的情况下大量 TIME_WAIT，不调整你文字里说的那三个参数，有其他的更好的方案吗？

第一，随机端口使用完，你可以通过调整 /etc/sysctl.conf 下的 net.ipv4.ip_local_port_range 配置，至少修改成 net.ipv4.ip_local_port_range=1024 65535，保证你的负载均衡服务器至少可以使用 6 万个随机端口，也即可以有 6 万的反向代理到后端的连接，可以支持每秒 1000 的并发（想一想，因为 TIME_WAIT 状态会持续 1 分钟后消失，所以一分钟最多有 6 万，每秒 1000）；如果这么多端口都使用完了，也证明你应该加服务器了，或者，你的负载均衡服务器需要配置多个 IP 地址，或者，你的后端服务器需要监听更多的端口和配置更多的 IP（想一下 socket 的五元组）

第二，大量的 TIME_WAIT，多大量？如果是几千个，其实不用担心，因为这个内存和 CPU 的消耗有一些，但是是可以忽略的。

第三，如果真的量很大，上万上万的那种，可以考虑，让后端的服务器主动关闭连接，如果后端服务器没有外网的连接只有负载均衡服务器的连接（主要是没有 NAT 网络的连接），可以在后端服务器上配置 tw_recycle，然后同时，在负载均衡服务器上，配置 tw_reuse。

3. 如果想深入的学习一下网络方面的知识，有什么推荐的？

学习网络比学一门编程语言『难』很多。所谓难，其实，是因为需要花很多的时间投入。我自己不算精通，只能说入门和理解。基本书可以推荐：《TCP/IP 协议详解》，必读；《TCP/IP高效编程：改善网络程序的 44 个技巧》，必读；《Unix 环境高级编程》，必读；《Unix 网络编程：卷一》，我只读过卷一；另外，还需要熟悉一下网络工具，tcpdump 以及 wireshark，一站式学习Wireshark：github.com/dafang/notebook/issues/... 也值得一读。有了这些积累，可能就是一些实践以及碎片化的学习和积累了。

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