前言

日常 Bug 排查系列都是一些簡單 Bug 的排查。筆者將在這里介紹一些排查 Bug 的簡單技巧，同時順便積累素材。

Bug 現(xiàn)場

最近碰到一個問題，一臺機(jī)器上的連接數(shù)在達(dá)到一定連接數(shù) (大概 4.5W) 連接數(shù)之后會突然急速下降到幾百。在應(yīng)用上的表現(xiàn)就是大量的連接報錯，系統(tǒng)失去響應(yīng)，如下圖所示: 

思路

思路 1: 第一步肯定是懷疑代碼寫錯了，筆者看了下，使用的是成熟的框架，不是自己操作的連接，那么代碼的問題應(yīng)該較小。
思路 2：那么筆者就開始懷疑是內(nèi)核的限制，例如文件描述符到頂了之類，但這又有一個矛盾點。一旦是內(nèi)核對連接數(shù)量限制的話，應(yīng)該是連接數(shù)到達(dá)一定程度就漲不上去，而不是連接數(shù)跳水式下降。
思路 2.1: 進(jìn)一步，筆者就開始想，很有可能是某個間接資源的限制導(dǎo)致到達(dá)這個瓶頸后，所有的連接獲取這個資源獲取不到而導(dǎo)致全部報錯。再結(jié)合 TCP 連接消耗的資源無非就是 CPU / 內(nèi)存 / 帶寬。

監(jiān)控信息

有了上面的思路，我們就可以觀察相關(guān)監(jiān)控信息了。 CPU 監(jiān)控：CPU 消耗很高達(dá)到了將近 70%，但獲取不到 CPU 一般只會導(dǎo)致響應(yīng)變慢，和問題現(xiàn)象不匹配。 帶寬監(jiān)控：帶寬利用率達(dá)到了 50%，這個帶寬利用率算不上高。 內(nèi)存監(jiān)控：確實使用了大量的內(nèi)存，RSS 達(dá)到了 26G，但是比起 128G 的內(nèi)存而言，這點消耗量顯然不可能成為瓶頸。 好了，看了這三個數(shù)據(jù)之后，就發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的資源消耗還稱不上達(dá)到瓶頸。但是，筆者從一開始就懷疑內(nèi)存的使用可能觸發(fā)了某個特殊的瓶頸。因為只有內(nèi)存資源申請不到之后，TCP 連接才有可能直接報錯進(jìn)而 Drop 連接。

TCP 監(jiān)控信息

當(dāng)傳統(tǒng)的監(jiān)控已經(jīng)不足以分析我們問題的時候，筆者就直接掏出針對 TCP 問題最有效的統(tǒng)計命令了，祭出法寶:

# 這條命令詳細(xì)的輸出了tcp連接的各種統(tǒng)計參數(shù)，很多問題都可以通過其輸出獲得線索
netstat -s

筆者在這條命令的輸出中詳細(xì)的觀察 TCP 以及 TCP 內(nèi)存相關(guān)的輸出項，定睛一看，就發(fā)現(xiàn)一個很不尋常的地方:

...
TcpExt:
 TCP ran low on memoery 19 times
 ......

這個輸出就和筆者對于內(nèi)存限制的猜想完全對應(yīng)起來了。TCP 內(nèi)存不夠了，導(dǎo)致讀取或者寫入數(shù)據(jù)的時候申請內(nèi)存失敗進(jìn)而將 TCP 連接本身給 Drop 了。

修改內(nèi)核參數(shù)

因為筆者之前詳細(xì)的閱讀過 Linux TCP 的源代碼以及其所有的可調(diào)整的內(nèi)核參數(shù)。所以對 TCP 的內(nèi)存限制有映像。有了 GPT 之后，只需要知道一個大致的方向就好了，直接問 GPT 就給出了答案，就是 tcp_mem 這個參數(shù)。

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_mem
1570347 2097152 3144050

這三個值分別代表了 tcp 對于內(nèi)存在不同閾值下的不同使用策略，單位是頁，也就是 4KB。具體解釋可以直接去問 GPT，在此就不贅述了。核心就是 TCP 消耗的內(nèi)存總量在大于第三個值也就是 3144050 (12G，占 128G 內(nèi)存的 9.35%) 的時候 TCP 就開始由于內(nèi)存申請不到而 Drop 連接。而對應(yīng)的應(yīng)用由于每個請求高達(dá)好幾 M 確實會讓每個 TCP 連接消耗大量的內(nèi)存。
在內(nèi)存消耗過程中一旦超限，那么 TCP 連接就會被內(nèi)核強(qiáng)制 Drop，這也解釋了為什么基本所有連接在很短的時間內(nèi)就跳水式 Drop，因為他們都在不停申請內(nèi)存，而達(dá)到臨界閾值后全部都報錯，進(jìn)而整個系統(tǒng)的所有連接都關(guān)閉導(dǎo)致系統(tǒng)失去響應(yīng)。如下圖所示: 

圖片

知道是這個問題就很簡單了，直接將 tcp_mem 調(diào)大即可：

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_mem
3570347 6097152 9144050

調(diào)整后系統(tǒng)保持穩(wěn)定

在經(jīng)過響應(yīng)的內(nèi)核調(diào)整之后，系統(tǒng)的連接數(shù)超過了 5W 之后依舊保持穩(wěn)定。這時候我們觀察相關(guān)的 TCP 消耗內(nèi)存頁的輸出:

cat /proc/net/sockstat
TCP: inuse xxx orphan xxx tw xxx alloc xxxx mem 4322151

從這個輸出我們可以看到系統(tǒng)平穩(wěn)運行后，其常態(tài)使用的內(nèi)存頁數(shù)量 mem 為 4322151 已經(jīng)遠(yuǎn)大于之前的 3144050，這也從側(cè)面驗證了筆者的判斷。

對應(yīng)的內(nèi)核棧

在此記錄下對應(yīng)的 Linux 內(nèi)核棧

tcp_v4_do_rcv
 |->tcp_rcv_established
  |->tcp_data_queue
   |->tcp_data_queue
    |->tcp_try_rmem_schedule
     |->sk_rmem_schedule
      |->sk_rmem_schedule
       |->__sk_mem_raise_allocated
         |-> /* Over hard limit. */
          if (allocated > sk_prot_mem_limits(sk, 2))
          goto suppress_allocation;
   |->goto drop:
    tcp_drop(sk,skb)

可以看到當(dāng) allocated 大于相關(guān)的內(nèi)存 limit 之后 Linux Kernel 會將此 TCP 連接直接 Drop。

總結(jié)

筆者在了解清楚 Bug 現(xiàn)場之后，大概花了 20 分鐘就定位到了是 TCP 內(nèi)存瓶頸的問題，然后借助 GPT 非常快速的找到了相關(guān)解決方案。不得不說 GPT 能夠大幅加速我們搜索的過程，筆者個人感覺可以在很大程度上替代搜索引擎。但喂給 GPT 的 Prompt 還是需要通過 Bug 現(xiàn)場以及一定的經(jīng)驗來構(gòu)造，它代替不了你的思考，但能大幅加速信息的檢索。