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  • wait意思是什么
    2016-07-27 12:16:54
    TIME_WAIT 在 TCP 的状态流程图中是一个很容易被误解的状态。它是表示socket可以进入和留存相当长一段时间的状态,如果你的系统中有很多 socket 处于TIME_WAIT状态,那么当你需要创建新的 socket 连接的时候可能会受到影响,这也会影响到你的程序的扩展性。
    1、TIME_WAIT状态原理

           通信双方建立TCP连接后,主动关闭连接的一方就会进入TIME_WAIT状态。

    客户端主动关闭连接时,会发送最后一个ack后,然后会进入TIME_WAIT状态,再停留2个MSL时间(后有MSL的解释),进入CLOSED状态。

    下图是以客户端主动关闭连接为例,说明这一过程的。

    2、TIME_WAIT状态存在的理由
    TCP/IP协议就是这样设计的,是不可避免的。主要有两个原因:

    1)可靠地实现TCP全双工连接的终止

           TCP协议在关闭连接的四次握手过程中,最终的ACK是由主动关闭连接的一端(后面统称A端)发出的,如果这个ACK丢失,对方(后面统称B端)将重发出最终的FIN,因此A端必须维护状态信息(TIME_WAIT)允许它重发最终的ACK。如果A端不维持TIME_WAIT状态,而是处于CLOSED 状态,那么A端将响应RST分节,B端收到后将此分节解释成一个错误(在java中会抛出connection reset的SocketException)。

    因而,要实现TCP全双工连接的正常终止,必须处理终止过程中四个分节任何一个分节的丢失情况,主动关闭连接的A端必须维持TIME_WAIT状态 。
    2)允许老的重复分节在网络中消逝 
            TCP分节可能由于路由器异常而“迷途”,在迷途期间,TCP发送端可能因确认超时而重发这个分节,迷途的分节在路由器修复后也会被送到最终目的地,这个迟到的迷途分节到达时可能会引起问题。在关闭“前一个连接”之后,马上又重新建立起一个相同的IP和端口之间的“新连接”,“前一个连接”的迷途重复分组在“前一个连接”终止后到达,而被“新连接”收到了。为了避免这个情况,TCP协议不允许处于TIME_WAIT状态的连接启动一个新的可用连接,因为TIME_WAIT状态持续2MSL,就可以保证当成功建立一个新TCP连接的时候,来自旧连接重复分组已经在网络中消逝。
    3、MSL时间
           MSL就是maximum segment lifetime(最大分节生命期),这是一个IP数据包能在互联网上生存的最长时间,超过这个时间IP数据包将在网络中消失 。MSL在RFC 1122上建议是2分钟,而源自berkeley的TCP实现传统上使用30秒。

    TIME_WAIT状态维持时间:

         TIME_WAIT状态维持时间是两个MSL时间长度,也就是在1-4分钟。Windows操作系统就是4分钟。

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    一、四次挥手

    tcp连接关闭时需要四次握手,如下图所示:

    image-20201117103101627

    二、四次状态变化

    在tcp断开的过程中会有四个状态变化过程,如下图所示:

    image-20201117103700600

    在连接关闭过程中,有如下过程:

    (1)host1上的应用程序关闭己方的连接导致tcp发送一个FIN消息给host2.

    (2)host2 发送一个确认消息给host1,并且host2把fin作为EOF递交给HOST2上的应用程序。

    (3)一段时间过后,host2 上的应用程序关闭它那边的连接,引发一个fin消息给host1.

    (4)host1给host2发送一个确认消息,然后host2关闭连接并释放资源,然而,host1却没有关闭连接,而是进入了TIME_WAIT状态,并为两个最大段生存时间(2MSL)保留在此状态

    三、 为什么需要TIME_WAIT?

    (1) 因为在第四步的时候,HOST1发送的ACK可能丢失并导致HOST2重新发送FIN消息,TIME_WAIT维护连接状态。

    ​ 如果执行主动关掉的一方HOST1不进入到TIME_WAIT状态就关闭连接那会发生什么?当重传的FIN 消息到达时, 因为TCP已经不再连接的信息了,所以就用RST(重新启用)信息应答,导致HOST2进入错误的状态而不是有序终止状态,如果发生最后ACK信息的一方处于TIME_WAIT状态仍然记录着连接的信息,它就可以正确的响应对等方host2的fin信息了

    (2)TIME_WAIT为连接中“离群的段”提供从网络中消失的时间。

    考虑一下,如果延迟或者重传段在连接关闭后到达时会发生什么呢?通常情况下因为tcp仅仅丢弃该数据并响应RST消息,所以这不会造成任何问题。当RST消息到达发出延时段的主机时,因为该主机也没有记录连接的任何信息,所以它也丢弃该段。然而,如果两个相同主机之间又建立了一个具有相同端口号的新连接,那么离群的段就可以被看成是新连接的,如果离群的段中数据的任何序列号恰恰在新连接的当前接收窗口中,数据就会被重新接收,其结果就是破坏新连接

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    运行我们的hikflow_demo程序后,用netstat指令查看:
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    LISTENING状态

    服务启动后首先处于侦听(LISTENING)状态

    ESTABLISHED状态

    ESTABLISHED的意思是建立连接。表示两台机器正在通信。

    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

    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。

    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。

    FIN_WAIT2状态

    在这里插入图片描述
    参考文章:FIN_WAIT_2状态解释

    TCP是全双工通信的
    (1)第一次挥手 因此当主动方发送断开连接的请求(即FIN报文)给被动方时,仅仅代表主动方不会再发送数据报文了,但主动方仍可以接收数据报文。
    (2)第二次挥手 被动方此时有可能还有相应的数据报文需要发送,因此需要先发送ACK报文,告知主动方“我知道你想断开连接的请求了”。这样主动方便不会因为没有收到应答而继续发送断开连接的请求(即FIN报文)。
    (3)第三次挥手 被动方在处理完数据报文后,便发送给主动方FIN报文;这样可以保证数据通信正常可靠地完成。发送完FIN报文后,被动方进入LAST_ACK阶段(超时等待)。
    (4)第四挥手 如果主动方及时发送ACK报文进行连接中断的确认,这时被动方就直接释放连接,进入可用状态。
    参考文章:TCP为什么是四次挥手,而不是三次? - 魔方的回答 - 知乎

    参考文章2:netstat命令 stat状态说明

    参考文章1:linux netstat(网络信息统计) 工具说明及使用方法(检验本机各端口的网络连接情况,显示网络连接、路由表、网络接口)

    展开全文
  • 如何理解 iowait

    千次阅读 2022-04-11 09:55:36
    Linux中,%iowait 过高可能是个问题,严重的...什么是 iowait Linux 中的解释 Show the percentage of time that the CPU or CPUs were idle during which the system had an outstanding disk I/O request. iowait .

    Linux中,%iowait 过高可能是个问题,严重的时候,它能使服务停止, 但问题是,多高才算高? 什么时候应该担心呢?

    本文将讨论 iowait 的含义、相关的统计数据、原理以及 iowait的瓶颈问题

    什么是 iowait

    Linux 中的解释

    Show the percentage of time that the CPU or CPUs were idle during which the system had an outstanding disk I/O request.

    iowait 指在一个采样周期内有百分之几的时间是属于以下情况:CPU处于空闲状态并且至少有一个未完成的磁盘IO请求

    每个CPU 可以处于以下状态之一: user, sys, idle, iowait , 我们通过 iostat工具可以看到这几个状态的值,它们都是以百分比的形式显示的,CPU 是在这几个状态之间切换,所以这几个值总和是 100%

    需要说明一点,上图中的 %sys, %user, %idle, %iowait 的百分比值都是针对所有的 CPU 来说的,统计的是全局的信息,并不是指单个进程的数据

    根据 iowait的定义可知, iowait是属于 idle的一个子类,为了便于理解,可以把 iowait 当成一种等待 IO 造成的 idle状态

    原理

    在内核中,user, sys, idle, iowait 四种状态,每个状态都有一个计数器,一个采样周期内统计每个状态的计数器,最后计算每个计数器占总计数的百分比,结果就是每个状态所占的百分比

    当发生时钟中断的时候,内核会检查 CPU 当前的状态,如果 CPU 正在执行内核空间的指令,则 sys 的计数器加 1 ,如果是用户空间的指令,则 user 的计数器加 1

    如果 CPU 此时处于 idle 状态,内核会做以下检查

    1、是否存在从该 CPU 发起的一个未完成的本地磁盘IO请求
    
    2、是否存在从该 CPU 发起的网络磁盘挂载的操作
    

    如果存在以上任一情况,则 iowait 的计数器加 1,如果都没有,则 idle 的计数器加 1

    当使用 iostat 工具时,它会读取上述四种计数器的值,间隔玩家指定的秒数后,再次读取计数器的值,取两次的差值就得到了采样周期内计的增量值,我们知道,Linux下每一个时钟 tick 是 10ms,根据间隔的秒数,就可以得到间隔了多少个时钟,而计数器是在每次时钟中断时进行计数,所以用每种状态的计数器的增量值除以总间隔时钟数,就能得到每种状态所占时间的百分比

    假如间隔时间是 1s,则共有 100 个时钟,假如 sys 计数为 2, user 计数为 3,iowait 计数为 0 , idle 计数为 95,则 它们的百分比依次为:2%、 %3、 0%、 95%

    iowait 常见的误解

    有些同学可能对 iowait 的理解有偏差,常见的误解大概有以下几点

    • iowait 表示等待IO完成,在此期间 CPU 不能接受其他任务

    从上面 iowait 的定义可以知道,iowait 表示 CPU 处于空闲状态并且有未完成的磁盘 IO 请求,也就是说,iowait 的首要条件就是 CPU 空闲,既然空闲就能接受任务,只是当前没有可运行的任务,才会处于空闲状态的,为什么没有可运行的任务呢? 有可能是正在等待一些事件,比如:磁盘IO、键盘输入或者等待网络的数据等

    • iowait 高表示 IO 存在瓶颈

    由于 Linux 文档对 iowait 的说明不多,这点很容易产生误解,iowait 第一个条件是 CPU 空闲,也即所有的进程都在休眠,第二个条件是 有未完成的 IO 请求

    这两个条件放到一起很容易产生下面的理解:进程休眠的原因是为了等待 IO 请求完成,而 %iowait 变高说明进程因等待IO 而休眠的时间变长了,或者因等待IO而休眠的进程数量变多了 初一听,似乎很有道理,但实际是不对的

    iowait 升高并不一定会导致等待IO进程的数量变多,也不一定会导致等待IO的时间变长,我们借助下面的图来理解

    上图中,红色表示 CPU繁忙,绿色表示 CPU 空闲

    一个周期内,两个 IO 依次提交,左图的 CPU 一直处于繁忙状态,所以 %iowait 为 0%,右边的 CPU 繁忙时间只有左边的一半儿,另一半时间是空闲时间,因此 %iowait 为 50%,可以看到,IO 并没有变化,%iowait 确升高了,其实是因为 CPU 空闲时间增加了而已

    上图中,一个周期内,CPU 一直处于空闲状态,两个 IO 依次提交,整个周期内始终有 IO 再进行,所以 %iowait 为 100%

    假如系统有能力同时处理多个 IO,现在两个 IO 同时提交

    可以看到,系统处理两个并发 IO 只需要一半儿的时间,此时, %iowait 变成了 50%,其实,如果系统能同时处理 3 个并发 IO 的话,%iowait 依然为 50%

    所以,%iowait 的高低与 IO 的多少没有必然的关系,而是与 IO 的并发度相关,仅根据 %iowait 的上升是不能确定 IO 负载增加的结论

    如何确定磁盘IO的瓶颈

    通过前面的讲述,可以发现 %iowait 包含的信息量还不足以判断出 磁盘IO 是否存在瓶颈

    %iowait 升高,还需要检查下 IO 量是否有明显增加以及avgrq-sz、avgqu-sz r_await、 w_await 等指标有没有增加,实际的操作以及应用有没有明显的变慢,如果都没有的话,应该没什么问题

    avgrq-sz:  向设备发出请求的平均大小(单位:扇区)
    
    avgqu-sz: 向设备发出请求的队列平均长度
    
    r_await:   向服务设备发出读取请求的平均时间(单位:毫秒)
    
               包括请求入队的时间以及设备处理请求的时间
    
    w_await:  向服务设备发出写请求的平均时间(单位:毫秒)
    
               包括请求入队的时间以及设备处理请求的时间
    

    小结

    %iowait的值作为 判断 IO 性能的指标,可能有用,也可能没用,但是它的能告诉我们系统是否还能处理更多的计算任务,例如: 当 iowait 很高时,说明空闲的 CPU 资源较多,还能处理一些计算相关的工作,也就是说,iowait 是 CPU 空闲时间的一种表现形式

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