linux内核优化及系统参数详解

Sysctl命令及linux内核参数调整
 
一、Sysctl命令用来配置与显示在/proc/sys目录中的内核参数.如果想使参数长期保存,可以通过编辑/etc/sysctl.conf文件来实现。
 命令格式:

 sysctl [-n] [-e] -w variable=value
 sysctl [-n] [-e] -p (default /etc/sysctl.conf)
 sysctl [-n] [-e] –a


常用参数的意义:
 -w  临时改变某个指定参数的值,如

# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

-a  显示所有的系统参数
-p从指定的文件加载系统参数,默认从/etc/sysctl.conf 文件中加载,如:

# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

以上两种方法都可能立即开启路由功能,但如果系统重启,或执行了

# service network restart

命令,所设置的值即会丢失,如果想永久保留配置,可以修改/etc/sysctl.conf文件,将 net.ipv4.ip_forward=0改为net.ipv4.ip_forward=1

二、linux内核参数调整:linux 内核参数调整有两种方式
方法一:修改/proc下内核参数文件内容,不能使用编辑器来修改内核参数文件,理由是由于内核随时可能更改这些文件中的任意一个,另外,这些内核参数文件都是虚拟文件,实际中不存在,因此不能使用编辑器进行编辑,而是使用echo命令,然后从命令行将输出重定向至 /proc 下所选定的文件中。如:将 timeout_timewait 参数设置为30秒:

# echo 30 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout

参数修改后立即生效,但是重启系统后,该参数又恢复成默认值。因此,想永久更改内核参数,需要修改/etc/sysctl.conf文件
 
方法二.修改/etc/sysctl.conf文件。检查sysctl.conf文件,如果已经包含需要修改的参数,则修改该参数的值,如果没有需要修改的参数,在sysctl.conf文件中添加参数。如:

net.ipv4.tcp_fin_timeout=30

保存退出后,可以重启机器使参数生效,如果想使参数马上生效,也可以执行如下命令:

# sysctl  -p


 三、sysctl.conf 文件中参数设置及说明

proc/sys/net/core/wmem_max

最大socket写buffer,可参考的优化值:873200

/proc/sys/net/core/rmem_max

 最大socket读buffer,可参考的优化值:873200

/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem

 TCP写buffer,可参考的优化值: 8192 436600 873200

/proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem

TCP读buffer,可参考的优化值: 32768 436600 873200

/proc/sys/net/ipv4/tcp_mem

 同样有3个值,意思是: 

net.ipv4.tcp_mem[0]:低于此值,TCP没有内存压力. 
net.ipv4.tcp_mem[1]:在此值下,进入内存压力阶段. 
net.ipv4.tcp_mem[2]:高于此值,TCP拒绝分配socket.

上述内存单位是页,而不是字节.可参考的优化值是:786432 1048576 1572864

/proc/sys/net/core/netdev_max_backlog

 进入包的最大设备队列.默认是300,对重负载服务器而言,该值太低,可调整到1000

/proc/sys/net/core/somaxconn

 listen()的默认参数,挂起请求的最大数量.默认是128.对繁忙的服务器,增加该值有助于网络性能.可调整到256.
 
/proc/sys/net/core/optmem_max 
socket buffer的最大初始化值,默认10K

/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

 进入SYN包的最大请求队列.默认1024.对重负载服务器,可调整到2048

/proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2

 TCP失败重传次数,默认值15,意味着重传15次才彻底放弃.可减少到5,尽早释放内核资源.

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time 
/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl 
/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

这3个参数与TCP KeepAlive有关.默认值是: 

tcp_keepalive_time = 7200 seconds (2 hours) 
tcp_keepalive_probes = 9 
tcp_keepalive_intvl = 75 seconds

意思是如果某个TCP连接在idle 2个小时后,内核才发起probe.如果probe 9次(每次75秒)不成功,内核才彻底放弃,认为该连接已失效.对服务器而言,显然上述值太大. 可调整到: 

/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time 1800 
/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl 30 
/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes 3
/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

指定端口范围的一个配置,默认是32768 61000,已够大.

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 = 30

表示如果套接字由本端要求关闭,这个参数决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间。

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。

Linux上的NAT与iptables
谈起Linux上的NAT,大多数人会跟你提到iptables。原因是因为iptables是目前在linux上实现NAT的一个非常好的接口。它通过和内核级直接操作网络包,效率和稳定性都非常高。这里简单列举一些NAT相关的iptables实例命令,可能对于大多数实现有多帮助。
 这里说明一下,为了节省篇幅,这里把准备工作的命令略去了,仅仅列出核心步骤命令,所以如果你单单执行这些没有实现功能的话,很可能由于准备工作没有做好。如果你对整个命令细节感兴趣的话,可以直接访问我的《如何让你的Linux网关更强大》系列文章,其中对于各个脚本有详细的说明和描述。
# 案例1:实现网关的MASQUERADE
# 具体功能:内网网卡是eth1,外网eth0,使得内网指定本服务做网关可以访问外网

EXTERNAL="eth0"
INTERNAL="eth1"

# 这一步开启ip转发支持,这是NAT实现的前提

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
iptables -t nat -A POSTROUTING -o $EXTERNAL -j MASQUERADE

# 案例2:实现网关的简单端口映射
# 具体功能:实现外网通过访问网关的外部ip:80,可以直接达到访问私有网络内的一台主机192.168.1.10:80效果

LOCAL_EX_IP=11.22.33.44 #设定网关的外网卡ip,对于多ip情况,参考《如何让你的Linux网关更强大》系列文章
LOCAL_IN_IP=192.168.1.1  #设定网关的内网卡ip
INTERNAL="eth1" #设定内网卡

# 这一步开启ip转发支持,这是NAT实现的前提

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

# 加载需要的ip模块,下面两个是ftp相关的模块,如果有其他特殊需求,也需要加进来

modprobe ip_conntrack_ftp
modprobe ip_nat_ftp

# 这一步实现目标地址指向网关外部ip:80的访问都吧目标地址改成192.168.1.10:80

iptables -t nat -A PREROUTING -d $LOCAL_EX_IP -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.1.10

# 这一步实现把目标地址指向192.168.1.10:80的数据包的源地址改成网关自己的本地ip,这里是192.168.1.1

iptables -t nat -A POSTROUTING -d 192.168.1.10 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to $LOCAL_IN_IP

# 在FORWARD链上添加到192.168.1.10:80的允许,否则不能实现转发

iptables -A FORWARD -o $INTERNAL -d 192.168.1.10 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT

# 通过上面重要的三句话之后,实现的效果是,通过网关的外网ip:80访问,全部转发到内网的192.168.1.10:80端口,实现典型的端口映射
# 特别注意,所有被转发过的数据都是源地址是网关内网ip的数据包,所以192.168.1.10上看到的所有访问都好像是网关发过来的一样,而看不到外部ip
# 一个重要的思想:数据包根据“从哪里来,回哪里去”的策略来走,所以不必担心回头数据的问题
# 现在还有一个问题,网关自己访问自己的外网ip:80,是不会被NAT到192.168.1.10的,这不是一个严重的问题,但让人很不爽,解决的方法如下:

iptables -t nat -A OUTPUT -d $LOCAL_EX_IP -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.1.10

获取系统中的NAT信息和诊断错误
了解/proc目录的意义
在Linux系统中,/proc是一个特殊的目录,proc文件系统是一个伪文件系统,它只存在内存当中,而不占用外存空间。它包含当前系统的一些参数(variables)和状态(status)情况。它以文件系统的方式为访问系统内核数据的操作提供接口
通过/proc可以了解到系统当前的一些重要信息,包括磁盘使用情况,内存使用状况,硬件信息,网络使用情况等等,很多系统监控工具(如HotSaNIC)都通过/proc目录获取系统数据。
另一方面通过直接操作/proc中的参数可以实现系统内核参数的调节,比如是否允许ip转发,syn-cookie是否打开,tcp超时时间等。
获得参数的方式:

第一种:cat /proc/xxx/xxx,如 cat /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter
第二种:sysctl xxx.xxx.xxx,如 sysctl net.ipv4.conf.all.rp_filter

改变参数的方式:

第一种:echo value > /proc/xxx/xxx,如 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter
第二种:sysctl [-w] variable=value,如 sysctl [-w] net.ipv4.conf.all.rp_filter=1

以上设定系统参数的方式只对当前系统有效,重起系统就没了,想要保存下来,需要写入/etc/sysctl.conf文件中
通过执行 man 5 proc可以获得一些关于proc目录的介绍
查看系统中的NAT情况
和NAT相关的系统变量

/proc/slabinfo:内核缓存使用情况统计信息(Kernel slab allocator statistics)
/proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max:系统支持的最大ipv4连接数,默认65536(事实上这也是理论最大值)
/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_conntrack_tcp_timeout_established 已建立的tcp连接的超时时间,默认432000,也就是5天

和NAT相关的状态值

/proc/net/ip_conntrack:当前的前被跟踪的连接状况,nat翻译表就在这里体现(对于一个网关为主要功能的Linux主机,里面大部分信息是NAT翻译表)
/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range:本地开放端口范围,这个范围同样会间接限制NAT表规模

# 1. 查看当前系统支持的最大连接数

cat /proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max

# 值:默认65536,同时这个值和你的内存大小有关,如果内存128M,这个值最大8192,1G以上内存这个值都是默认65536
# 影响:这个值决定了你作为NAT网关的工作能力上限,所有局域网内通过这台网关对外的连接都将占用一个连接,如果这个值太低,将会影响吞吐量


# 2. 查看tcp连接超时时间

cat /proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_conntrack_tcp_timeout_established

 # 值:默认432000(秒),也就是5天
# 影响:这个值过大将导致一些可能已经不用的连接常驻于内存中,占用大量链接资源,从而可能导致NAT ip_conntrack: table full的问题
# 建议:对于NAT负载相对本机的 NAT表大小很紧张的时候,可能需要考虑缩小这个值,以尽早清除连接,保证有可用的连接资源;如果不紧张,不必修改
# 3. 查看NAT表使用情况(判断NAT表资源是否紧张)
# 执行下面的命令可以查看你的网关中NAT表情况

cat /proc/net/ip_conntrack

# 4. 查看本地开放端口的范围

cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

# 返回两个值,最小值和最大值


# 下面的命令帮你明确一下NAT表的规模

wc -l /proc/net/ip_conntrack

#或者

grep ip_conntrack /proc/slabinfo | grep -v expect | awk '{print $1 ',' $2;}'

# 下面的命令帮你明确可用的NAT表项,如果这个值比较大,那就说明NAT表资源不紧张

grep ip_conntrack /proc/slabinfo | grep -v expect | awk '{print $1 ',' $3;}'

# 下面的命令帮你统计NAT表中占用端口最多的几个ip,很有可能这些家伙再做一些bt的事情,嗯bt的事情:-)
cat /proc/net/ip_conntrack | cut -d ' ' -f 10 | cut -d '=' -f 2 | sort | uniq -c | sort -nr | head -n 10
# 上面这个命令有点瑕疵cut -d' ' -f10会因为命令输出有些行缺项而造成统计偏差,下面给出一个正确的写法:

cat /proc/net/ip_conntrack | perl -pe s/^.*.?src/src/g | cut -d ' ' -f1 | cut -d '=' -f2 | sort | uniq -c | sort -nr | head -n 10


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