一、TCP连接状态简介

TCP协议规定,对于已经建立的连接,网络双方要进行四次挥手才能成功断开连接,如果缺少了其中某个步骤,将会使连接处于假死状态,连接本身占用的资源不会被释放。

网络服务器程序要同时管理大量连接,所以很有必要保证无用连接完全断开,否则大量僵死的连接会浪费许多服务器资源。在众多TCP状态中,最值得注意的状态有两个:CLOSE_WAIT和TIME_WAIT。

如果服务器出现异常,百分之八九十都是下面两种情况:

  • 服务器保持了大量TIME_WAIT状态;
  • 服务器保持了大量CLOSE_WAIT状态;

因为linux分配给一个用户的文件句柄是有限的,而TIME_WAIT和CLOSE_WAIT两种状态如果一直被保持,那么意味着对应数目的通道就一直被占着,而且是“占着茅坑不使劲”,一旦达到句柄数上限,新的请求就无法被处理了,接着就是大量Too Many Open Files异常,tomcat崩溃。

在服务器的日常维护过程中,会经常用到下面的命令:

netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
TCP连接状态CLOSE_WAIT和TIME_WAIT详细分析

 

它会显示例如下面的信息:

TIME_WAIT 814 
 
CLOSE_WAIT 1 
 
FIN_WAIT1 1 
 
ESTABLISHED 634 
 
SYN_RECV 2 
 
LAST_ACK 1

常用的三个状态是:ESTABLISHED 表示正在通信,TIME_WAIT 表示主动关闭,CLOSE_WAIT 表示被动关闭。

二、TCP连接状态详解

具体每种状态什么意思,可以看看下面的介绍。

TCP连接状态CLOSE_WAIT和TIME_WAIT详细分析

 

1、LISTENING状态

FTP服务启动后首先处于侦听(LISTENING)状态。

2、ESTABLISHED状态

ESTABLISHED的意思是建立连接。表示两台机器正在通信。

3、CLOSE_WAIT

对方主动关闭连接或者网络异常导致连接中断,这时我方的状态会变成CLOSE_WAIT,此时我方要调用close()来使得连接正确关闭。

4、TIME_WAIT

我方主动调用close()断开连接,收到对方确认后状态变为TIME_WAIT。TCP协议规定TIME_WAIT状态会一直持续2MSL(即两倍的分段最大生存期),以此来确保旧的连接状态不会对新连接产生影响。处于TIME_WAIT状态的连接占用的资源不会被内核释放,所以作为服务器,在可能的情况下,尽量不要主动断开连接,以减少TIME_WAIT状态造成的资源浪费。

目前有一种避免TIME_WAIT资源浪费的方法,就是关闭socket的LINGER选项。但这种做法是TCP协议不推荐使用的,在某些情况下这个操作可能会带来错误。

5、SYN_SENT状态

SYN_SENT状态表示请求连接,当你要访问其它的计算机的服务时首先要发个同步信号给该端口,此时状态为SYN_SENT,如果连接成功了就变为 ESTABLISHED,此时SYN_SENT状态非常短暂。但如果发现SYN_SENT非常多且在向不同的机器发出,那你的机器可能中了冲击波或震荡波 之类的病毒了。这类病毒为了感染别的计算机,它就要扫描别的计算机,在扫描的过程中对每个要扫描的计算机都要发出了同步请求,这也是出现许多 SYN_SENT的原因。

三、TCP连接的释放(四次挥手)

数据传输完毕后,双方都可释放连接。最开始的时候,客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态,然后客户端主动关闭,服务器被动关闭。

TCP连接状态CLOSE_WAIT和TIME_WAIT详细分析

 

1. 客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。

2. 服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

3. 客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。

4. 服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。

5. 客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2*MSL(最长报文段寿命,max segment lifetime)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。

6. 服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

四、服务器保持了大量TIME_WAIT状态

这种情况比较常见,一些爬虫服务器或者WEB服务器(如果网管在安装的时候没有做内核参数优化的话)上经常会遇到这个问题,这个问题是怎么产生的呢?

从上面的示意图可以看得出来,TIME_WAIT是主动关闭连接的一方保持的状态,对于爬虫服务器来说它本身就是客户端,在完成一个爬取任务之后,它就会发起主动关闭连接,从而进入TIME_WAIT的状态。然后在保持这个状态2MSL(max segment lifetime)时间之后,彻底关闭回收资源。

为什么要这么做?明明就已经主动关闭连接了为啥还要保持资源一段时间呢?

这个是TCP/IP的设计者规定的,主要出于以下两个方面的考虑:

1. 防止上一次连接中的包,迷路后重新出现,影响新连接(经过2MSL,上一次连接中所有的重复包都会消失)。

2. 可靠的关闭TCP连接。在主动关闭方发送的最后一个 ack(fin) ,有可能丢失,这时被动方会重新发fin,如果这时主动方处于 CLOSED 状态 ,就会响应 rst 而不是 ack。所以主动方要处于 TIME_WAIT 状态,而不能是 CLOSED 。另外这么设计TIME_WAIT 会定时的回收资源,并不会占用很大资源的,除非短时间内接受大量请求或者受到攻击。

五、服务器保持了大量CLOSE_WAIT状态

TIME_WAIT状态可以通过优化服务器参数得到解决,因为发生TIME_WAIT的情况是服务器自己可控的,要么就是对方连接的异常,要么就是自己没有迅速回收资源,总之不是由于自己程序错误导致的。

但是CLOSE_WAIT就不一样了,从上面的图可以看出来,如果一直保持在CLOSE_WAIT状态,那么只有一种情况,就是在对方关闭连接之后服务器程序自己没有进一步发出ack信号。换句话说,就是在对方连接关闭之后,程序里没有检测到,或者程序压根就忘记了这个时候需要关闭连接,于是这个资源就一直被程序占着。

执行如下命令:

netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

发现CLOSE_WAIT的数量始终在400以上,一直没降过。

个人觉得这种情况,通过服务器内核参数也没办法解决,服务器对于程序抢占的资源没有主动回收的权利,除非终止程序运行。

如果你使用的是HttpClient并且你遇到了大量CLOSE_WAIT的情况,那么这篇日志也许对你有用:

HttpClient连接池抛出大量
ConnectionPoolTimeoutException: Timeout waiting for connection异常排查

http://blog.csdn.net/shootyou/article/details/6615051

在那边日志里头我举了个场景,来说明CLOSE_WAIT和TIME_WAIT的区别,这里重新描述一下:

服 务器A是一台爬虫服务器,它使用简单的HttpClient去请求资源服务器B上面的apache获取文件资源,正常情况下,如果请求成功,那么在抓取完资源后,服务器A会主动发出关闭连接的请求,这个时候就是主动关闭连接,服务器A的连接状态我们可以看到是TIME_WAIT。

如果一旦发生异常呢?假设请求的资源服务器B上并不存在,那么这个时候就会由服务器B发出关闭连接的请求,服务器A就是被动的关闭了连接,如果服务器A被动关闭连接之后程序员忘了让HttpClient释放连接,那就会造成CLOSE_WAIT的状态了。

所以如果将大量CLOSE_WAIT的解决办法总结为一句话那就是:查代码。因为问题出在服务器程序里头。

转自https://www.toutiao.com/i6840971427747725827/?timestamp=1592959878&app=news_article&group_id=6840971427747725827&use_new_style=0&req_id=202006240851180100080431041675E71D


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