为什么你得学些 TCP 的知识？

清泛网 · 发表于 2016-04-20 12:12:36

这不是指要明白 TCP 的所有东西，也不是说要通读《TCP/IP 详解》。不过懂一点 TCP 知识是很有必要的。理由如下：

当我还在 Recurse Center 的时候，我用 Python 写过 TCP 协议栈（还写过一篇文章：如果你用 Python 写 TCP 协议栈会遇到什么？）。这是一次有趣的学习经历，但是也仅此而已。
一年以后，工作中有人在 Slack 上提到：“嘿，我在向 NSQ 发布消息时，每次要耗费 40 毫秒”。我已经断断续续思考了一个星期，但是没有任何结果。
一点背景知识：NSQ 是一个消息队列，你通过本地的一个 HTTP 请求向其发布消息。发送本地的一个 HTTP 请求确实不应该花费 40 毫秒，有时候会更差。NSQ 守护进程的负载不高，也没有使用过多的内存，也看不到 GC 停顿。这究竟是为什么呢？神呐，救救我吧！
突然我记起我一周以前看过的一篇叫做“性能研究（In search of performance）”的文章——我们如何为每个 POST 请求节省 200ms。在这篇文章中，他们说到为什么每个 POST 请求会花费额外的 200 毫秒。就是这个原因。这是该文章中的关键段落：

延迟确认（ACK）与 TCP_NODELAY

Ruby 的 Net::HTTP 会将 POST 请求切分为两个 TCP 包，一个消息头，一个消息体。相反，curl 会将这两者合并为一个包。更糟糕的是，Net::HTTP 在打开 TCP 套接字时不会设置 TCP_NODELAY，这将导致第二个包需要等到第一个包的接收确认通知之后才能发送。这是 Nagle 算法导致的。

转换到连接的另一端，HAProxy 需要决定如何确认这两个包。在 1.4.18 版本中（我们正在用的版本），它是通过 TCP 延迟确认通知来实现的。延迟确认对 Nagle 算法有非常糟糕的影响，会导致请求暂停直到服务器延迟确认超时。

现在我们解释这个段落说的内容。

TCP 是一个通过数据包传输数据的算法
他们的 HTTP 库将 POST 请求分割成两个小的数据包发送

接下来，TCP 采用类似如下的步骤进行交互：

application：Hi！这里有一个数据包。
HAProxy：（沉默），等待第二个包发送
HAProxy：对了，我需要返回一个确认，不过没关系，等会吧
application: （沉默）
application：好吧，我正在等待确认，可能现在网络延迟比较大
HAProxy：好吧，太烦人了，这是一个确认。
application：好极了，这是第二个数据包！！！
HAProxy：亲，我们已经搞定了。

这个过程是不是应用程序和 HAProxy 都在消极等待另一方发送信息？这就是那额外的 200ms。应用程序这么做的是因为 Nagle 算法，而 HAProxy 消息等待的原因是延迟确认。
据我所知，延迟确认是所有 Linux 系统的默认行为。所以这不是一个偶然或者异常情况，如果发送 TCP 数据包多一个 1 个，你就会遇到这种情况。

现在，我们成为专家了

读过这篇文章之后我很快就忘了。不过当我被额外的 40 毫秒难住的时候，我又记起来了。
所以我认为——这不可能是我的问题，可能吗？可能吗？？然后我发了一封邮件给我团队说：“我想我快要疯了，但是这可能是 TCP 的问题”。
所以我提交了一次修订，将我的应该调整为 TCP_NODELAY，然后问题就“嘣”的一声解决了。
40 毫秒的延迟立马就消失了。所有的事情都解决了，我就是个天才。

我们是否应该完全停止使用延迟确认？

我刚好在 Hacker News 看到 John Nagle （Nagle 算法的创始人）对 @alicemazzy 提到这个问题的评论。

本质问题是延迟确认。200 毫秒的“延迟确认”是一个非常不好的主意，1985 年中，在伯利克（Berkeley）研究 BSD 的人实际上没有真正明白这个问题。延迟确认是应用层对 200 毫秒内是否响应的一场赌博，但是即便每次它都赌输了，TCP 仍在使用延迟确认。

他继续说到，确认本身是很小并且消耗很低的，延迟确认引起的问题可能比它解决的问题还要多。

不懂得 TCP 你就无法解决 TCP 问题

我曾经也认为，TCP 是一个相当底层的问题，我不需要明白。大多数时候你的确不需要明白。但是有的时候，当你在实践中遇到由于 TCP 算法引起的 bug 时，懂点 TCP 知识就变得非常重要了。（正如我们经常在博客中讨论的，许多事情都是这样，比如系统调用和操作系统:) ）
延迟确认及 TCP_NODELAY 的交互非常不好——这对任何语言实现的 HTTP 请求都有影响。你不需要很深入的去了解，成为系统程序专家。但是了解一点 TCP 是如何运作的，对我的工作的确大有裨益。通过对 TCP 的学习，我才意识到这篇博客所描述的问题也许正好是我所熟悉的领域。我也一直在使用 strace，并且会一直使用下去。

本文由伯乐在线 - 刘晓鹏翻译，Namco 校稿。英文出处：Julia Evans。

为什么你得学些 TCP 的知识？

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