参考文献

浅谈CLOSE_WAIT

1. 握手协议

握手协议流程图

为什么需要三次握手
假设 client 的连接请求延迟，client 就会发出第二次连接请求，server 端回复后则建立了连接，进行通信。等到通信结束，连接关闭，此时有可能第一次的连接请求才到 server 端，那么此时server 回复报文之后，就认为连接已建立，但在 client 端看来，根本没有发起连接请求（连接建立重试后，已完成通信并关闭连接），所以会忽略 server 端的报文，也不会向这个链接发送数据。此时对于 server 端来说，就会因为维护这个链接而导致资源浪费。
为什么需要四次握手
因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可能最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

2. 线上常见问题

2.1. CLOSE_WAIT 很多导致 fd 打满

close_wait 是被动关闭的一端才会有的状态。该状态在服务器停留时间很短，如果你发现大量的 CLOSE_WAIT 状态，那么就意味着被动关闭的一方没有及时发出 FIN 包，一般有如下几种可能：

程序问题：如果代码层面忘记了 close 相应的 socket 连接，那么自然不会发出 FIN 包，从而导致 CLOSE_WAIT 累积；或者代码不严谨，出现死循环之类的问题，导致即便后面写了 close 也永远执行不到。
响应太慢或者超时设置过小：如果连接双方不和谐，一方不耐烦直接 timeout，另一方却还在忙于耗时逻辑，就会导致 close 被延后。响应太慢是首要问题，不过换个角度看，也可能是 timeout 设置过小。
BACKLOG 太大：此处的 backlog 不是 syn backlog，而是 accept 的 backlog，如果 backlog 太大的话，设想突然遭遇大访问量的话，即便响应速度不慢，也可能出现来不及消费的情况，导致多余的请求还在队列里就被对方关闭了。

如果你通过「netstat -ant」或者「ss -ant」命令发现了很多 CLOSE_WAIT 连接，请注意结果中的「Recv-Q」和「Local Address」字段，通常「Recv-Q」会不为空，它表示应用还没来得及接收数据，而「Local Address」表示哪个地址和端口有问题，我们可以通过「lsof -i:<PORT>」来确认端口对应运行的是什么程序以及它的进程号是多少。

此外还有一点需要说明：按照前面图例所示，当被动关闭的一方处于 CLOSE_WAIT 状态时，主动关闭的一方处于 FIN_WAIT2 状态。那么为什么我们总听说 CLOSE_WAIT 状态过多的故障，但是却相对少听说 FIN_WAIT2 状态过多的故障呢？这是因为 Linux 有一个「tcp_fin_timeout」设置，控制了 FIN_WAIT2 的最大生命周期。坏消息是 CLOSE_WAIT 没有类似的设置，如果不重启进程，那么 CLOSE_WAIT 状态很可能会永远持续下去；好消息是如果 socket 开启了 keepalive 机制，那么可以通过相应的设置来清理无效连接，不过 keepalive 是治标不治本的方法，还是应该找到问题的症结才对。

另外两个案例：

2.2. TIME_WAIT 的问题

如下情况会TIME_WAIT 会导致问题：

影响服务挂掉之后，需要立即重启，此时因为 TIME_WAIT会因为端口占用而导致启动失败。
在高并发短连接的TCP服务器上，当服务器处理完请求后立刻主动正常关闭连接。

这个场景下会出现大量socket处于TIME_WAIT状态
此时需要打开SO_REUSEADDR（地址重用），其实这个选项就是告诉OS如果一个端口处于TIME_WAIT状态, 那么我们就不用等待直接进入使用模式, 不需要继续等待这个时间结束，即可将timewait套接字占用的端口号，分配给新的套接字。

SO_REUSEADDR也可以在机器的内核参数配置：

net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。
net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系默认的 TIMEOUT 时间

以上配置就是打开系统的TIMEWAIT重用和快速回收，还不行，可以继续调整参数：

vi /etc/sysctl.conf
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200 
#表示当keepalive起用的时候，TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时，改为20分钟。
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000 
#表示用于向外连接的端口范围。缺省情况下很小：32768到61000，改为1024到65000。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192 
#表示SYN队列的长度，默认为1024，加大队列长度为8192，可以容纳更多等待连接的网络连接数。
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000 
#表示系统同时保持TIME_WAIT套接字的最大数量，如果超过这个数字，TIME_WAIT套接字将立刻被清除并打印警告信息。
默认为180000，改为5000。对于Apache、Nginx等服务器，上几行的参数可以很好地减少TIME_WAIT套接字数量，但是对于 Squid，效果却不大。此项参数可以控制TIME_WAIT套接字的最大数量，避免Squid服务器被大量的TIME_WAIT套接字拖死。