服务器TIME_WAIT和CLOSE_WAIT详解和解决办法

概述:作为一名运维工程师偶尔会遇到服务器出现大量TIME_WAIT或CLOSE_WAIT的连接状态。下面就来分析下这种情况的原因以及解决办法。文章是结合网上的文档和自己遇到的情况分析而得。首先我们需要比较熟悉tcp的三次握手和四次断开。

tcp_01.png

在日常的服务器维护中，会经常用到如下命令。
netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

它会显示例如下面的信息：
TIME_WAIT 689
CLOSE_WAIT 2
FIN_WAIT1 1
ESTABLISHED 291
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。

如果服务器出现了异常，很大的可能是出现了以下两种情况：

• 服务器保持了大量的TIME_WAIT状态。
• 服务器保持了大量的CLOSE_WAIT状态。

我们也都知道Linux系统中分给每个用户的文件句柄数是有限的，而TIME_WAIT和CLOSE_WAIT这两种状态如果一直被保持，那么意味着对应数目的通道(此处应理解为socket，一般一个socket会占用服务器端一个端口，服务器端的端口最大数是65535)一直被占用，一旦达到了上限，则新的请求就无法被处理，接着就是大量Too Many Open Files异常，然后tomcat、nginx、apache崩溃。。。

下面来讨论这两种状态的处理方法，网络上也有很多资料把这两种情况混为一谈，认为优化内核参数就可以解决，其实这是不恰当的。优化内核参数在一定程度上能解决time_wait过多的问题，但是应对close_wait还得从应用程序本身出发。

1) 服务器保持了大量的time_wait状态

这种情况比较常见，一般会出现在爬虫服务器和web服务器(如果没做内核参数优化的话)上，那么这种问题是怎么产生的呢？

从上图可以看出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自身就是客户端，在完成一个爬取任务后就会发起主动关闭连接，从而进入time_wait状态，然后保持这个状态2MSL时间之后，彻底关闭回收资源。这里为什么会保持资源2MSL时间呢？这也是TCP/IP设计者规定的。

TCP要保证在所有可能的情况下使得所有的数据都能够被正确送达。当你关闭一个socket时，主动关闭一端的socket将进入TIME_WAIT状 态，而被动关闭一方则转入CLOSED状态，这的确能够保证所有的数据都被传输。当一个socket关闭的时候，是通过两端四次握手完成的，当一端调用 close()时，就说明本端没有数据要发送了。这好似看来在握手完成以后，socket就都可以处于初始的CLOSED状态了，其实不然。原因是这样安 排状态有两个问题， 首先，我们没有任何机制保证最后的一个ACK能够正常传输，第二，网络上仍然有可能有残余的数据包(wandering duplicates)，我们也必须能够正常处理。

TIMEWAIT就是为了解决这两个问题而生的。

• 假设最后的一个ACK丢失，那么被动关闭一方收不到这最后一个ACK则会重发FIN。此时主动关闭一方必须保持一个有效的(time_wait状态下维持)状态信息，以便可以重发ACK。如果主动关闭的socket不维持这种状态而是进入close状态，那么主动关闭的一方在收到被动关闭方重新发送的FIN时则响应给被动方一个RST。被动方收到这个RST后会认为此次回话出错了。所以如果TCP想要完成必要的操作而终止双方的数据流传输，就必须完全正确的传输四次握手的四步，不能有任何的丢失。这就是为什么在socket在关闭后，任然处于time_wait状态的第一个原因。因为他要等待可能出现的错误(被动关闭端没有接收到最后一个ACK)，以便重发ACK。

• 假设目前连接的通信双方都调用了close(),双方同时进入closed的终结状态，而没有走time_wait状态。则会出现如下问题：
  假如现在有一个新的连接建立起来，使用的IP地址与之前的端口完全相同，现在建立的一个连接是之前连接的完全复用，我们还假定之前连接中有数据报残存在网络之中，这样的话现在的连接收到的数据有可能是之前连接的报文。为了防止这一点。TCP不允许新的连接复用time_wait状态下的socket。处于time_wait状态的socket在等待2MSL时间后（之所以是两倍的MSL，是由于MSL是一个数据报在网络中单向发出 到认定丢失的时间，即(Maximum Segment Lifetime)报文最长存活时间，一个数据报有可能在发送途中或是其响应过程中成为残余数据报，确认一个数据报及其响应的丢弃需要两倍的MSL），将会转为closed状态。这就意味着，一个成功建立的连接，必须使得之前网络中残余的数据报都丢失了。

再引用网络中的一段话：

1. 值得一说的是，基于TCP的http协议，一般(此处为什么说一般呢，因为当你在keepalive时间内 主动关闭对服务器端的连接时，那么主动关闭端就是客户端,否则客户端就是被动关闭端。下面的爬虫例子就是这种情况)主动关闭tcp一端的是server端，这样server端就会进入time_wait状态，可想而知，对于访问量大的web服务器，会存在大量的time_wait状态，假如server一秒钟接收1000个请求，那么就会积压240*1000=240000个time_wait状态。(RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。)，维持这些状态给服务器端带来巨大的负担。
   当然现代操作系统都会用快速的查找算法来管理这些 TIME_WAIT，所以对于新的 TCP连接请求，判断是否hit中一个TIME_WAIT不会太费时间，但是有这么多状态要维护总是不好。

2. HTTP协议1.1版本规定default行为是keep-Alive，也就是会重用tcp连接传输多个request/response。之所以这么做的主要原因是发现了我们上面说的这个问题。

2) 服务器保持了大量的close_wait状态

time_wait问题可以通过调整内核参数和适当的设置web服务器的keep-Alive值来解决。因为time_wait是自己可控的，要么就是对方连接的异常，要么就是自己没有快速的回收资源，总之不是由于自己程序错误引起的。但是close_wait就不一样了，从上图中我们可以看到服务器保持大量的close_wait只有一种情况，那就是对方发送一个FIN后，程序自己这边没有进一步发送ACK以确认。换句话说就是在对方关闭连接后，程序里没有检测到，或者程序里本身就已经忘了这个时候需要关闭连接，于是这个资源就一直被程序占用着。这个时候快速的解决方法是：

• 关闭正在运行的程序，这个需要视业务情况而定。
• 尽快的修改程序里的bug，然后测试提交到线上服务器。

注：
直到写这篇文章的时候我才完全弄明白之前工作中遇到的一个问题。程序员写了爬虫(php)运行在采集服务器A上，程序去B服务器上采集资源，但是A服务器很快就发现出现了大量的close_wait状态的连接。后来手动检查才发现这些处于close_wait状态的请求结果都是404，那就说明B服务器上没有要请求的资源。

下面引用网友分析的结论：
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。