性能测试中的系统资源分析之 网络

作者：马海琴  编辑：毕小烦

前三篇分别介绍了 CPU、内存 和 磁盘，这一篇咱们讲讲计算机网络。

计算机网络，就是通过光缆、电缆、电话线或无线通讯将两台以上的计算机互连起来的集合，包括广域网、城域网、局域网和无线网。

计算机网络是传输信息的媒介。我们常说的千兆网，是指网络带宽为 1000Mbps，将 bit 换算成 Byte，理论上 1s 的传输速度为 125MB。

在对 HTTP 接口进行性能测试的过程中，有可能出现「Address already in use」「Address not available」等报错，也可能出现明明 IO 和 CPU 都很低，TPS 确无法上升的情况，这就是有可能是网络遇到了瓶颈。HTTP 接口是使用 TCP 协议进行传输，由四个组成原件：源地址、源端口、目的地址、目的端口。

• 源地址：发起通信的 IP 地址
• 源端口：发起通信的端口
• 目的地址：接受通信的 IP 地址
• 目的端口：接受通信请求的端口

在性能测试中，高并发场景下会占用大量的端口，如果这些端口没有释放就会出现端口不够用的情况。

一. 常见问题：网络带宽不足

可以通过dstat -t -n查看网络情况。

如下所示：

img

输出结果中，net/total代表网络的情况：

• recv：流量接收速度
• send：流量发送速度

在性能测试的过程中，我们需要监控网络的使用情况，一旦达到网络带宽的瓶颈（recv/send 接近带宽，一般会略低于带宽），也会影响我们性能测试的结果。我们需要考虑优化传输数据量的大小，以降低带宽的压力。

二. 常见问题：端口不足

2.1 服务器端口不足

当出现以下报错信息时，可能是出现了端口不足导致的。

• Address already in use: connect
• Failed to connect to server
• Address not available

① 如何验证是不是端口不足呢？

第一步：查看机器的可用端口数量

命令：

$ cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

如：

img

第二步：统计当前连接数

命令：

$ netstat -nat | awk '/^tcp/{++S[$NF]}END{for (a in S) print a,S[a]}'

如：

img

状态说明：

• CLOSED：无连接是活动的或正在进行
• LISTEN：服务器在等待进入呼叫
• SYN_RECV：一个连接请求已经到达，等待确认
• SYN_SENT：应用已经开始，打开一个连接
• ESTABLISHED：正常数据传输状态
• FIN_WAIT1：应用说它已经完成
• FIN_WAIT2：另一边已同意释放
• ITMED_WAIT：等待所有分组死掉
• CLOSING：两边同时尝试关闭
• TIME_WAIT：另一边已初始化一个释放
• LAST_ACK：等待所有分组死掉

当连接数接近可用端口数量时，说明端口被耗尽了。

② 怎么解决端口不足的问题？

可以从以下两个方面来解决：

方法一：增加可用端口

修改文件/etc/sysctl.conf，添加内容net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535，执行命令/sbin/sysctl -p使配置生效。

如：

img

方法二：提升端口回收速度

在文件/etc/sysctl.conf添加以下内容：

# 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_fin_timeout = 30

# 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.tcp_keepalive_time = 1200

# 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_syncookies = 1

# 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_reuse = 1

# 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_tw_recycle = 1

# 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_syn_backlog = 8192

# 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
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000 

最后执行命令/sbin/sysctl -p使配置生效。当 tpc 连接中 TIME_WAIT 状态的数量较多时，该方法的效果将会非常明显。

如果是压测机的端口不足，除了使用以上方法来提升压测机的性能，更直接的方式是发起请求的时候不要使用 KeepAlive 模式（告诉 WEB 服务器或者代理服务器，在完成本次请求的响应后，断开连接，不要等待本次连接的后续请求了）。如果还是端口不足，那就需要增加压测机的数量来解决了。

如果是被测服务所在的机器端口不足，一般不建议修改机器的配置（建议与线上保持一致），如果要修改，需要与开发和运维一起评估修改配置的利弊以及可能存在的风险。

2.2 服务内部端口不足

查看当前服务的端口连接数量：

netstat -ane|grep ESTABLISHED |grep 'ip:port'|wc -l

当测试过程中，该值增长到一定数量就不再变化，测试结束，值立即下降。当服务器所有资源都未达到瓶颈，而 tps 无法随着并发数量而增加的时候，我们就要考虑是不是服务本身的线程数量不足导致的。这个时候只要适当的增加线程数量即可，线程数量不可无限增加，数量越大消耗的资源就会越多，要根据测试情况进行调整，保证在一定的系统资源下，配置合理的线程数量，使得在服务稳定的前提下尽可能提升系统资源的利用率。

关于系统资源的分析就到这里了，关于分析的命令其实有很多，本系列文章只是列举了常用的一小部分，在面对真实的问题时，可以根据需要使用更便捷的方式。在实际的生产中，我们更多的是会使用图形监控服务资源的使用，也会对很多异常场景设置报警提醒和现场留存，这对分析和发现问题都有很大的帮助。

（完）

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