TCP之三：TCP/IP协议中backlog参数（队列参数）

TCP建立连接是要进行三次握手，但是否完成三次握手后，服务器就处理（accept）呢？

　　backlog其实是一个连接队列，在Linux内核2.2之前，backlog大小包括半连接状态和全连接状态两种队列大小。

　　半连接状态为：服务器处于Listen状态时收到客户端SYN报文时放入半连接队列中，即SYN queue（服务器端口状态为：SYN_RCVD）。

　　全连接状态为：TCP的连接状态从服务器（SYN+ACK）响应客户端后，到客户端的ACK报文到达服务器之前，则一直保留在半连接状态中；当服务器接收到客户端的ACK报文后，该条目将从半连接队列搬到全连接队列尾部，即 accept queue （服务器端口状态为：ESTABLISHED）。

　　在Linux内核2.2之后，分离为两个backlog来分别限制半连接（SYN_RCVD状态）队列大小和全连接（ESTABLISHED状态）队列大小。

　　半连接队列：SYN queue 队列长度由 /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 指定，默认为2048。

　　全连接队列：Accept queue 队列长度由 /proc/sys/net/core/somaxconn 和使用listen函数时传入的参数，二者取最小值。默认为128。

在Linux内核2.4.25之前，是写死在代码常量 SOMAXCONN ，在Linux内核2.4.25之后，在配置文件 /proc/sys/net/core/somaxconn 中直接修改，或者在 /etc/sysctl.conf 中配置 net.core.somaxconn = 128 。

TCP之三：TCP/IP协议中backlog参数（队列参数）

　　可以通过ss命令来显示

[root@localhost ~]# ss -l

State       Recv-Q Send-Q                                     Local Address:Port                                         Peer Address:Port

LISTEN      0      128                                                    *:http                                                    *:*

LISTEN      0      128                                                   :::ssh                                                    :::*

LISTEN      0      128                                                    *:ssh                                                     *:*

LISTEN      0      100                                                  ::1:smtp                                                   :::*

LISTEN      0      100                                            127.0.0.1:smtp                                                    *:*

　　在LISTEN状态，其中 Send-Q 即为Accept queue的最大值，Recv-Q 则表示Accept queue中等待被服务器accept()。

队列溢出

另外，客户端connect()返回不代表TCP连接建立成功，有可能此时accept queue 已满，系统会直接丢弃后续ACK请求；客户端误以为连接已建立，开始调用等待至超时；服务器则等待ACK超时，会重传SYN+ACK 给客户端，重传次数受限 net.ipv4.tcp_synack_retries ，默认为5，表示重发5次，每次等待30~40秒，即半连接默认时间大约为180秒，该参数可以在tcp被洪水攻击是临时启用这个参数。

注：accept queue溢出，即便SYN queue没有溢出，新连接请求的SYN也可能被drop。　　

查看SYN queue 溢出

[root@localhost ~]# netstat -s | grep LISTEN

102324 SYNs to LISTEN sockets dropped

查看Accept queue 溢出

[root@localhost ~]# netstat -s | grep TCPBacklogDrop

TCPBacklogDrop: 2334

案例1

Nginx作为7层反向代理，客户端HTTP请求 – NGINX – 透明代理，透明代理接口存在大量慢请求；

思路

抓包，客户端同nginx通信，nginx立即返回ACK(1ms)，但是3s后才返回响应数据；

Nginx同后端通信，发送SYN请求等待3s后端才响应；

结论

Backlog设置过小，导致accept queue溢出，SYN被丢弃导致3s重传；

将backlog从50增加到512，somaxconn=512；

案例2

Testserver随机生成RAR/ZIP文件，testclient访问testserver获取生成文件，所有调用采用block方式；

运行一段时间后程序永久阻塞，strace先生testclient阻塞在recvmsg；

思路

抓包观察3次握手协议，服务器返回SYN+ACK，客户端响应ACK，可服务器再次发送同样的SYN+ACK；

客户端响应的ACK丢包，而net.ipv4.tcp_synack_retries = 1；

结论

三次握手最后一步失败，server保持SYN_RECV状态等待接收ACK，client发送ACK状态变为ESTABLISHED，其认为connect()成功故接着调用recvmsg()；

Syn+ack被设置为只重传一次，若这次重传仍失败，则客户端永久阻塞；

其他案例

Backlog过大，连接积压在accept queue，nginx由于连接超时而断开，PHP accept返回时连接已被客户端close，故报告PHP write Broken pipe；

Backlog过小，accept queue溢出，握手第3步的ACK被丢弃，但client认为连接成功并发送数据，造成所谓慢请求；

参考资料：

TCP SOCKET中backlog参数的用途是什么？

TCP/IP协议中backlog分析与设置以及TCP状态变化

TCP3次握手和backlog溢出

TCP queue 的一些问题

TCP洪水攻击（SYN Flood）的诊断和处理

秒客网

TCP之三：TCP/IP协议中backlog参数（队列参数）

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