# Linux操作系统-内核优化


分享kubernetes集群搭建之前的节点**内核优化**.

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## 1. 写在前面 {#contents-organization}

这是宝贵的一线生产经验（涉及到一点关于特定云厂商的内容），如果对大家有帮助请不吝打赏，谢谢支持。

网络参数，分别套用到node和pod，其中pod级通过发布的时候注入init-container生效，node级通过运维初始化机器脚本生效到内存。主要涵盖以下内容优化：

* 加强tcp握手队列能力，timewait相关优化
* 调大了conntrack表，保证操作效率
* ulimit优化

{{< admonition tip >}}
为提高性能，可以根据设备资源情况，设置各 `linux` 用户的最大线程数和文件打开数
{{< /admonition >}}

## 2. Node 相关调参汇总

`ulimit` 是一种 `linux` 系统的内键功能，它具有一套参数集，用于为由它生成的 shell 进程及其子进程的资源使用设置限制。为了让系统能够支持更大的并发，优化linux内核也是重中之重

### 2.1 最大线程数和文件打开数

编辑 /etc/security/limits.conf

```shell
root soft nofile 655350
root hard nofile 655350
root soft nproc 655350
root hard nproc 655350
* soft nofile 655350
* hard nofile 655350
* soft nproc 655350
* hard nproc 655350
```
### 2.2 nf_conntrack 优化

编辑 /etc/sysctl.conf

```shell
# 容器环境下，优化这些参数可以避免 NAT 过的 TCP 连接 带宽上不去。
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_be_liberal = 1 
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_loose = 1 
net.netfilter.nf_conntrack_max = 3200000
net.netfilter.nf_conntrack_buckets = 1600512
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_time_wait = 30
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established = 1200
```
### 2.3 tcp 握手队列相关优化

```shell
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.core.somaxconn = 4096
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192

# 端口范围
net.ipv4.ip_local_port_range = "1024 65000"
# k8s节点还需要排除nodeport端口范围，不然高版本1.23以上会经常出现kubelet使用这个范围的端口去做健康检测，导致健康检测一直出现超时失败的情况：context deadline exceeded (Client.Timeout exceeded while awaiting headers)
net.ipv4.ip_local_reserved_ports = 30000-32767

# timewait相关优化
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 50000
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
```

### 2.4 优化 arp 缓存的 gc 阀值

```shell
# 以下三个参数是 arp 缓存的 gc 阀值，相比默认值提高了，避免在某些场景下arp缓存溢出导致网络超时，参考：https://k8s.imroc.io/troubleshooting/cases/arp-cache-overflow-causes-healthcheck-failed
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh1="2048"
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh2="4096"
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh3="8192"
```

### 2.5 开启 ipv4 转发

```shell
net.ipv4.tcp_max_orphans="32768"
vm.max_map_count="262144"
kernel.threads-max="30058"
net.ipv4.ip_forward="1"
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1
net.ipv6.conf.default.disable_ipv6 = 1
net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6 = 0
```

 ### 2.6 转发磁盘 IO 优化
```shell
# 磁盘 IO 优化: https://www.cnblogs.com/276815076/p/5687814.html
# vm.dirty_background_bytes和vm.dirty_bytes是另一种指定这些参数的方法。如果设置_bytes版本，则_ratio版本将变为0，反之亦然。
# 可以通过下面方式看内存中有多少脏数据：cat /proc/vmstat | egrep "dirty|writeback", nr_dirty 值表示多少页
# vm.dirty_background_bytes = 0
# vm.dirty_bytes = 0
vm.dirty_background_ratio = 5
vm.dirty_expire_centisecs = 300
vm.dirty_ratio = 10
vm.dirty_writeback_centisecs = 50
vm.dirtytime_expire_seconds = 43200

# fd优化
fs.file-max=655360
fs.inotify.max_user_instances="8192"
fs.inotify.max_user_watches="524288"
# 最大线程数量
kernel.pid_max = 655350
```

## 3. Pod 相关调参汇总

```shell
# socket buffer优化
net.ipv4.tcp_wmem = 4096        16384   4194304
net.ipv4.tcp_rmem = 4096        87380   6291456
net.ipv4.tcp_mem = 381462       508616  762924
net.core.rmem_default = 8388608
# 读写 buffer 调到 25M 避免大流量时导致 buffer 满而丢包 "netstat -s" 可以看到 receive buffer errors 或 send buffer errors
net.core.rmem_max = 26214400 
net.core.wmem_max = 26214400
 
# timewait相关优化
# 这个优化意义不大
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 131072 
# 通常默认本身是开启的
net.ipv4.tcp_timestamps = 1  
# 仅对客户端有效果，对于高并发客户端，可以复用TIME_WAIT连接端口，避免源端口耗尽建连失败
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 
# 对于高并发客户端，加大源端口范围，避免源端口耗尽建连失败（确保容器内不会监听源端口范围的端口)
net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535" 
# 缩短TIME_WAIT时间,加速端口回收
net.ipv4.tcp_fin_timeout=30 
 
# 握手队列相关优化
# 没有启用syncookies的情况下，syn queue(半连接队列)大小除了受somaxconn限制外，也受这个参数的限制，默认1024，优化到8096，避免在高并发场景下丢包
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 10240 
# 表示socket监听(listen)的backlog上限，也就是就是socket的监听队列(accept queue)，当一个tcp连接尚未被处理或建立时(半连接状态)，会保存在这个监听队列，默认为 128，在高并发场景下偏小，优化到 32768。参考 https://imroc.io/posts/kubernetes-overflow-and-drop/
net.core.somaxconn = 65535 
net.ipv4.tcp_syncookies = 1

# fd优化
# 提升文件句柄上限，像 nginx 这种代理，每个连接实际分别会对 downstream 和 upstream 占用一个句柄，连接量大的情况下句柄消耗就大。
fs.file-max=1048576 
# 表示同一用户同时最大可以拥有的 inotify 实例 (每个实例可以有很多 watch)
fs.inotify.max_user_instances="8192" 
# 表示同一用户同时可以添加的watch数目（watch一般是针对目录，决定了同时同一用户可以监控的目录数量) 默认值 8192 在容器场景下偏小，在某些情况下可能会导致 inotify watch 数量耗尽，使得创建 Pod 不成功或者 kubelet 无法启动成功，将其优化到 524288
fs.inotify.max_user_watches="524288" 
```

{{< admonition tip >}}
`Pod` 瓶颈是 `TCP` 协议栈。

需要注意的是，如果内核版本过低(<3.12)， 有些参数是无法修改的，升级内核解决问题。
{{< /admonition >}}