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人人都應該懂點 TCP

日期:2017/2/28 13:56:20   编辑:Linux教程

即使你的工作也許不需要對TCP了如指掌,也不需要去了解具體的TCP/IP實例。你也應該懂一些基本的TCP知識,本文會告訴你為什麼。

我以前在Recurse Center工作的時候,曾經用Python寫過一個TCP棧(還寫了一篇博文 用Python實現TCP棧可以學到什麼)。這是很有意思的一課,也基本上是我對TCP的所有了解了。

一年之後,工作上遇到了困難。有同事在Slack上問到:“嘿,我向NSQ推消息總是會有40ms的延遲,不知道為什麼。”這個問題我思來想去,過了一個周,還是毫無頭緒。

這裡解釋一下: NSQ是一個用來發消息的隊列。發送方式是向localhost發出一個HTTP請求,這個動作不可能花費40ms,一定是出了錯。但是NSQ不具備很高的CPU優先級,也沒有占用大量內存,所以問題不是出在垃圾回收那邊。

後來,我想起來一周之前讀過的一篇文章——我們是如何在每一個POST請求上省出200ms的。這篇文章討論了一開始每一個POST都會多花200ms的原因,多少有些詭異。下面是這篇文章中的內容。

ACK延遲和TCP_NODELAY

Ruby的 Bet::HTTP 將POST請求分成兩個TCP包——一個header,一個body.curl,相比之下,將它們組合成一個倒是更加合適。不過更糟的是,Net:HTTP沒有給它打開的TCP socket設置TCP_NODELAY,所以發送第一個包之後,要等到確認才會發送第二個。歸根結底,這是Nagle算法導致的。

連接的另一端,HAProxy要選擇用何種方式確認這兩個包。在1.4.18(正式我們使用的版本),它使用的是TCP延時確認,延時確認在Nagle算法中表現很糟糕,導致請求在這個地方暫停了,直至超時。

我來總結一下這段話:

  • TCP是將你要發送的數據打包的算法
  • 他們的HTTP需要用兩個小包發送POST請求

整個過程就像下面這樣:

  • application:嗨!給你第一個包
  • HAProxy:噓……我們要等第二個包
  • HAProxy:對了,我們要給他個確認,不過沒什麼大不了的,等會再說
  • application:噓……我們等到第一個包的確認再發第二個,也許網絡堵車了,再等一會
  • HAProxy:煩死了,我們發第一個包的確認吧
  • application:收到確認,發第二個包!!!!
  • HAProxy:搞定!

這段時間內,HAProxy和application都在消極地等待,直到超過200ms。application等待是因為Nagle算法,HAProxy等待是因為延遲ACK。

據我所知,延遲的ACK在所有Linux系統都是默認打開的。所以這不是特例,只要你發送的數據多於一個TCP包,你也會碰上這種事。

終於搞定了我們的問題

讀了這篇文章之後,覺得沒什麼了不起的。但是在我們的神秘40ms掙扎了許久,我想起來這篇文章。

我想:這可能是我的問題嗎?可能嗎??可能嗎?!我給團隊發了一封郵件說“可能是我瘋了,不過,有可能是TCP的問題。”

於是我將TCP_NODELAY打開,然後——BOOM!

所有的40ms延遲統統消失了,這個世界完美了。我真TM是個天才!

ACK延遲應該完全關閉嗎

提一個小插曲,我在HN上看到了這條評論:

真正的問題處在ACK延遲上。200ms延時設定是糟糕的主意,1985年在伯克利搞BSD的那幫人,根本不理解這個問題。ACK延遲是賭應用層一定會在200ms之內收到回復。雖然幾乎每次都輸,但是ACK延遲依然在用。

他在評論中討論了ACK是成本很低的,這中做法所導致的問題比它解決的問題要嚴重的多。

如果你不懂TCP,就搞不定這個問題

以前我總認為TCP是相當底層的東西,我永遠不需要去了解它。雖然差不多是這樣,但是實際生活中,你依然可能遇見和TCP算法相關的bug,這時候懂一些TCP的知識就至關重要了。(本文也可以引申為,系統調用,操作系統這些都很重要,這個道理適用於很多東西)

ACK延時/TCP_NODELAY很糟糕——它可能對任何寫HTTP 請求代碼的人造成影響。但是你不必成為系統編程方面的天才,懂一點TCP就幫我搞定了這個問題,也讓我意識到,出現這個問題我也有責任。我也在用strace,strace萬歲!

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