首先我們必須明白，處于“LISTENING”狀態的TCP socket，有兩個獨立的隊列：
- SYN隊列（SYN Queue）
- Accept隊列（Accept Queue）
這兩個術語有時也被稱為“reqsk_queue”，“ACK backlog”，“listen backlog”，甚至“TCP backlog”，但是這篇文章中我們使用上面兩個術語以免造成混淆。
SYN隊列
SYN隊列存儲了收到SYN包的連接（對應內核代碼的結構體：struct inet_request_sock）。它的職責是回復SYN+ACK包，并且在沒有收到ACK包時重傳，直到超時。在Linux下，重傳的次數為：
$ sysctl net.ipv4.tcp_synack_retries
net.ipv4.tcp_synack_retries = 5
文檔中對tcp_synack_retries的描述如下：
tcp_synack_retries - int整型
對于一個被動TCP連接，重傳SYNACKs的次數。該值不能超過255。
默認值為5，如果初始RTO是1秒，那么對應的最后一次重傳是31秒。
對應的最后一次超時是63秒之后。
發送完SYN+ACK之后，SYN隊列等待從客戶端發出的ACK包（也即三次握手的最后一個包）。當收到ACK包時，首先找到對應的SYN隊列，再在對應的SYN隊列中檢查相關的數據看是否匹配，如果匹配，內核將該連接相關的數據從SYN隊列中移除，創建一個完整的連接（對應內核代碼的結構體：struct inet_sock），并將這個連接加入Accept隊列。
Accept隊列
Accept隊列中存放的是已建立好的連接，也即等待被上層應用程序取走的連接。當進程調用accept()，這個socket從隊列中取出，傳遞給上層應用程序。
這就是Linux處理SYN包的一個簡單描述。順便一提，當socket開啟了TCP_DEFER_ACCEPT和TCP_FASTOPEN時，工作方式將會有細微不同，本文不做介紹。
隊列大小限制
應用程序通過調用系統調用listen(2)，傳入backlog參數，來設置SYN隊列和Accept隊列的最大大小。比如下面這樣，將SYN隊列和Accept隊列的最大大小同時設置為1024：
listen(sfd, 1024)
注意，在4.3版本之前的內核，SYN隊列的大小是用另一種方式計算。
SYN隊列的最大大小以前是用net.ipv4.tcp_max_syn_backlog來配置，但是現在已經不再使用了。現在用net.core.somaxconn來同時表示SYN隊列和Accept隊列的最大大小。在我們的服務器上，我們將它設置為16k：
$ sysctl net.core.somaxconn
net.core.somaxconn = 16384
知道了上面這些信息后，你可能會問，隊列設置為多大合適？隊列設置為多大合適
答案是：看情況。對于大多數的TCP服務來說，這并不太重要。比如，Go語言1.11版本之前，并沒有提供設置隊列大小的方法。
盡管如此，也存在一些合理的原因，需要增大隊列的大小：
- 當建立連接的請求速度確實很大時，即使是對于一個高性能的服務來說，SYN隊列也可能需要設置的大一些。
- SYN隊列的大小，換言之就是等待ACK包的連接數。也即與客戶端的平均往返時間越大，堆積在SYN隊列中的連接就越多。對于那些大部分客戶端都距離服務器很遠的場景，比如說往返時間幾百毫秒以上，可以將隊列大小設置的大一些。
- TCP_DEFER_ACCEPT選項如果打開了，會導致socket在SYN-RECV狀態下維持更長的時間，也即增大了處于SYN隊列中的時間。
但是，將backlog設置的過大也會帶來不好的影響：SYN隊列中的每一個槽位都需要占用一些內存。當遇到SYN Flood攻擊時，我們沒有必要為這些發起攻擊的包浪費資源。SYN隊列中的inet_request_sock結構體，在4.14內核下，每個將占用256字節的內存。
linux下，如果想查看SYN隊列的當前狀態，我們可以使用ss命令來查詢SYN-RECV狀態的socket。比如如下執行結果，表示80端口的SYN隊列中當前有119個元素，443端口則為78。
$ ss -n state syn-recv sport = :80 | wc -l
119
$ ss -n state syn-recv sport = :443 | wc -l
78
假如程序調用accept()不夠快？還可以通過我們的SystemTap腳本來觀察這個數據：resq.stp
如果程序調用accept()不夠快會發生什么呢？
- 后續收到的SYN包，不會被SYN隊列處理
- 后續收到的（用于建立連接的）ACK包，不會被SYN隊列處理
- TcpExtListenOverflows / LINUX_MIB_LISTENOVERFLOWS計數增加
- TcpExtListenDrops / LINUX_MIB_LISTENDROPS計數增加
發生這種情況時，我們只能寄希望于程序的處理性能稍后能恢復正常，客戶端重新發送被服務端丟棄的包。
內核的這種表現對于大部分服務來說是可接受的。順便一提，可以通過調整net.ipv4.tcp_abort_on_overflow這個全局參數來修改這種表現，但是最好還是不要改這個參數。
可以通過查看nstat的計數來觀察Accept隊列溢出的狀態：
$ nstat -az TcpExtListenDrops
TcpExtListenDrops 49199 0.0
但是這是一個全局的計數。觀察起來不夠直觀，比如有時我們觀察到它在增長，但是所有的服務程序看起來都是正常的。此時我們可以使用ss命令來觀察單個監聽端口的Accept隊列大小：
$ ss -plnt sport = :6443|cat
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
LISTEN 0 1024 *:6443 *:*
Recv-Q這一列顯示的是處于Accept隊列中的socket數量，Send-Q顯示的是隊列的最大大小。在上面的例子中，我們發現并沒有未被程序accept()的socket，但是我們依然發現ListenDrops計數在增長。
這是因為我們的程序只是周期性的短暫卡住不處理新的連接，而非永久性的不處理，過段時間程序又恢復了正常。這種情況下，用ss命令比較難觀察這種現象，因此我們寫了一個SystemTap腳本，它會hook進內核，把被丟棄的SYN包打印出來：
$ sudo stap -v acceptq.stp
time (us) acceptq qmax local addr remote_addr
1495634198449075 1025 1024 0.0.0.0:6443 10.0.1.92:28585
1495634198449253 1025 1024 0.0.0.0:6443 10.0.1.92:50500
1495634198450062 1025 1024 0.0.0.0:6443 10.0.1.92:65434
...
通過上面的操作，可以觀察到哪些SYN包被ListenDrops影響了。從而我們也就可以知道哪些程序在丟失連接。
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
