Tcp性能调优 解决Tcp长延时

背景：

根据Tcp的理论计算，Tcp最佳状态下传输是流水并行的，传输时间等于传输数据耗时+TTL，即千兆网卡的环境下

传输1MB数据需要：  1000ms/100MB*1MB+TTL=10ms+TTL，同机房传输1MB耗时10毫秒，跨机房理论耗时14毫秒

传输4MB数据需要：  1000ms/100MB*4MB+TTL=40ms+TTL，同机房传输4MB需要耗时40毫秒，跨机房理论耗时44毫秒

在我的生产环境，同机房的两个机器之间ping耗时0.15毫秒；两个机器之间读1MB数据和4MB的数据延时极度不稳定，在10毫秒~300毫秒之间波动。

另外一个跨机房使用了专线的环境，两台机器之间ping耗时4毫秒，但两个机器之间读1MB数据和4MB的数据延时也极度不稳定，在40毫秒~500毫秒之间波动。

这个现象看起来就像：网卡压力小时性能差，网卡压力大时性能反而好。

一开始怀疑是网卡驱动有问题，

通过修改网卡驱动参数，关闭NAPI功能，同机房的传输延时有所提升，具体的操作：Disable掉NAPI功能 ，即更改 ethtool  -C
ethx  rx-usecs 0 ，但这个方案有缺点：使得cpu中断请求变多。

另外一个方案：修改tcp的初始化拥塞窗口，强制将初始化拥塞窗口设置为3，即： ip route | while read p; do ip route change $p initcwnd 3;done  

这两种方案可以将同机房的读延时至于理论计算水平。

但这两种方案，都无法解决跨机房的长延时问题。进一步追踪如下：

我们测试的延时高，是因为没有享受Tcp高速通道阶段甚至一直处于Tcp慢启动阶段。

 

我做了下面5步尝试，具体过程如下：

 

STEP1】     最开始的测试代码：

每次请求建立一个Tcp连接，读完4MB数据后关闭连接，测试的结果：平均延时174毫秒：每次都新建连接，都要经历慢启动阶段甚至还没享受高速阶段就结束了，所以延时高。



 

 

STEP2】  改进后的测试代码：

只建立一个Tcp连接，Client每隔10秒钟从Server读4MB数据，测试结果：平均延时102毫秒。



改进后延时还非常高，经过观察拥塞窗口发现每次读的时候拥塞窗口被重置，从一个较小值增加，tcp又从慢启动阶段开始了。

 

 

STEP3】改进后的测试代码+设置net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle=0：

只建立一个Tcp连接，Client每隔10秒钟从Server读4MB数据，测试结果：平均延时43毫秒。



net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle设置为0，一个tcp连接在空闲后不进入slow
start阶段，即每次收发数据都直接使用高速通道，平均延时43毫秒，跟计算的理论时间一致。

 

 

STEP4】我们线上的业务使用了Sofa-Rpc网络框架，这个网络框架复用了Socket连接，每个EndPoint只打开一个Tcp连接。

我使用Sofa-Rpc写了一个简单的测试代码，Client每隔10秒钟Rpc调用从Server读4MB数据，

即：Sofa-Rpc只建立一个Tcp连接+未设置net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle（默认为1），测试结果：延时高，跟理论耗时差距较大：transbuf配置为32KB时，平均延时93毫秒。



 

STEP5】

Sofa-Rpc只建立一个Tcp连接+设置net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle为0，测试结果： transbuf配置为1KB时，平均延时124毫秒；transbuf配置为32KB时，平均延时61毫秒；transbuf配置为4MB时，平均延时55毫秒



使用Sofa-Rpc网络框架，在默认1KB的transbuf时延时124毫秒，不符合预期；

使用Sofa-Rpc网络框架，配置为32KB的transbuf达到较理想的延时61毫秒。32KB跟Sofa-Rpc官方最新版本推荐的transbuf值一致。

 

 

 

结论：

延时高是由于Tcp传输没享受高速通道阶段造成的，

1】需要禁止Tcp空闲后慢启动 ：设置net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle
= 0

2】尽量复用Tcp socket连接，保持一直处于高速通道阶段

3】我们使用的Sofa-Rpc网络框架，需要把Transbuf设置为32KB以上

 

 

另附linux-2.6.32.71内核对tcp idle的定义：



 

从内核代码153行可见在idle时间icsk_rto后需要执行tcp_cwnd_restart()进入慢启动阶段，

Icsk_rto赋值为TCP_TIMEOUT_INIT，其定义为

#define TCP_TIMEOUT_INIT ((unsigned)(3*HZ)) /* RFC 1122 initial RTO value   */