防火墻

如果系統(tǒng)防火墻丟包，表現(xiàn)的行為一般是所有的 UDP 報文都無法正常接收，當(dāng)然不排除防火墻只 drop 一部分報文的可能性。

如果遇到丟包比率非常大的情況，請先檢查防火墻規(guī)則，保證防火墻沒有主動 drop UDP 報文。

UDP buffer size 不足

linux 系統(tǒng)在接收報文之后，會把報文保存到緩存區(qū)中。因?yàn)榫彺鎱^(qū)的大小是有限的，如果出現(xiàn) UDP 報文過大（超過緩存區(qū)大小或者 MTU 大小）、接收到報文的速率太快，都可能導(dǎo)致 linux 因?yàn)榫彺鏉M而直接丟包的情況。

在系統(tǒng)層面，linux 設(shè)置了 receive buffer 可以配置的最大值，可以在下面的文件中查看，一般是 linux 在啟動的時候會根據(jù)內(nèi)存大小設(shè)置一個初始值。

• /proc/sys/net/core/rmem_max：允許設(shè)置的 receive buffer 最大值
• /proc/sys/net/core/rmem_default：默認(rèn)使用的 receive buffer 值
• /proc/sys/net/core/wmem_max：允許設(shè)置的 send buffer 最大值
• /proc/sys/net/core/wmem_dafault：默認(rèn)使用的 send buffer 最大值

但是這些初始值并不是為了應(yīng)對大流量的 UDP 報文，如果應(yīng)用程序接收和發(fā)送 UDP 報文非常多，需要講這個值調(diào)大。可以使用 sysctl 命令讓它立即生效：

sysctl -w net.core.rmem_max=26214400 # 設(shè)置為 25M

也可以修改 /etc/sysctl.conf 中對應(yīng)的參數(shù)在下次啟動時讓參數(shù)保持生效。

如果報文報文過大，可以在發(fā)送方對數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，保證每個報文的大小在 MTU 內(nèi)。

另外一個可以配置的參數(shù)是 netdev_max_backlog，它表示 linux 內(nèi)核從網(wǎng)卡驅(qū)動中讀取報文后可以緩存的報文數(shù)量，默認(rèn)是 1000，可以調(diào)大這個值，比如設(shè)置成 2000：

sudo sysctl -w net.core.netdev_max_backlog=2000

系統(tǒng)負(fù)載過高

系統(tǒng) CPU、memory、IO 負(fù)載過高都有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)丟包，比如 CPU 如果負(fù)載過高，系統(tǒng)沒有時間進(jìn)行報文的 checksum 計(jì)算、復(fù)制內(nèi)存等操作，從而導(dǎo)致網(wǎng)卡或者 socket buffer 出丟包；memory 負(fù)載過高，會應(yīng)用程序處理過慢，無法及時處理報文；IO 負(fù)載過高，CPU 都用來響應(yīng) IO wait，沒有時間處理緩存中的 UDP 報文。

linux 系統(tǒng)本身就是相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，任何一個組件出現(xiàn)問題都有可能影響到其他組件的正常運(yùn)行。對于系統(tǒng)負(fù)載過高，要么是應(yīng)用程序有問題，要么是系統(tǒng)不足。對于前者需要及時發(fā)現(xiàn)，debug 和修復(fù)；對于后者，也要及時發(fā)現(xiàn)并擴(kuò)容。

應(yīng)用丟包

上面提到系統(tǒng)的 UDP buffer size，調(diào)節(jié)的 sysctl 參數(shù)只是系統(tǒng)允許的最大值，每個應(yīng)用程序在創(chuàng)建 socket 時需要設(shè)置自己 socket buffer size 的值。

linux 系統(tǒng)會把接受到的報文放到 socket 的 buffer 中，應(yīng)用程序從 buffer 中不斷地讀取報文。所以這里有兩個和應(yīng)用有關(guān)的因素會影響是否會丟包：socket buffer size 大小以及應(yīng)用程序讀取報文的速度。

對于第一個問題，可以在應(yīng)用程序初始化 socket 的時候設(shè)置 socket receive buffer 的大小，比如下面的代碼把 socket buffer 設(shè)置為 20MB：

uint64_t receive_buf_size = 20*1024*1024;  //20 MBsetsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &receive_buf_size, sizeof(receive_buf_size));

如果不是自己編寫和維護(hù)的程序，修改應(yīng)用代碼是件不好甚至不太可能的事情。很多應(yīng)用程序會提供配置參數(shù)來調(diào)節(jié)這個值，請參考對應(yīng)的官方文檔；如果沒有可用的配置參數(shù)，只能給程序的開發(fā)者提 issue 了。

很明顯，增加應(yīng)用的 receive buffer 會減少丟包的可能性，但同時會導(dǎo)致應(yīng)用使用更多的內(nèi)存，所以需要謹(jǐn)慎使用。

另外一個因素是應(yīng)用讀取 buffer 中報文的速度，對于應(yīng)用程序來說，處理報文應(yīng)該采取異步的方式

包丟在什么地方

想要詳細(xì)了解 linux 系統(tǒng)在執(zhí)行哪個函數(shù)時丟包的話，可以使用 dropwatch 工具，它監(jiān)聽系統(tǒng)丟包信息，并打印出丟包發(fā)生的函數(shù)地址：

# dropwatch -l kasInitalizing kallsyms dbdropwatch>startEnabling monitoring...Kernel monitoring activated.Issue Ctrl-C to stop monitoring
1 drops at tcp_v4_do_rcv+cd (0xffffffff81799bad)10 drops at tcp_v4_rcv+80 (0xffffffff8179a620)1 drops at sk_stream_kill_queues+57 (0xffffffff81729ca7)4 drops at unix_release_sock+20e (0xffffffff817dc94e)1 drops at igmp_rcv+e1 (0xffffffff817b4c41)1 drops at igmp_rcv+e1 (0xffffffff817b4c41)

通過這些信息，找到對應(yīng)的內(nèi)核代碼處，就能知道內(nèi)核在哪個步驟中把報文丟棄，以及大致的丟包原因。

此外，還可以使用 linux perf 工具監(jiān)聽 kfree_skb（把網(wǎng)絡(luò)報文丟棄時會調(diào)用該函數(shù)） 事件的發(fā)生：

sudo perf record -g -a -e skb:kfree_skbsudo perf script

關(guān)于 perf 命令的使用和解讀，網(wǎng)上有很多文章可以參考。

總結(jié)

• UDP 本身就是無連接不可靠的協(xié)議，適用于報文偶爾丟失也不影響程序狀態(tài)的場景，比如視頻、音頻、游戲、監(jiān)控等。對報文可靠性要求比較高的應(yīng)用不要使用 UDP，推薦直接使用 TCP。當(dāng)然，也可以在應(yīng)用層做重試、去重保證可靠性
• 如果發(fā)現(xiàn)服務(wù)器丟包，首先通過監(jiān)控查看系統(tǒng)負(fù)載是否過高，先想辦法把負(fù)載降低再看丟包問題是否消失
• 如果系統(tǒng)負(fù)載過高，UDP 丟包是沒有有效解決方案的。如果是應(yīng)用異常導(dǎo)致 CPU、memory、IO 過高，請及時定位異常應(yīng)用并修復(fù)；如果是資源不夠，監(jiān)控應(yīng)該能及時發(fā)現(xiàn)并快速擴(kuò)容
• 對于系統(tǒng)大量接收或者發(fā)送 UDP 報文的，可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)和程序的 socket buffer size 來降低丟包的概率
• 應(yīng)用程序在處理 UDP 報文時，要采用異步方式，在兩次接收報文之間不要有太多的處理邏輯

參考資料

• Pivotal: Network troubleshooting guide
• What are udp “packet receive errors” and “packets to unknown port received”
• Lost multicast packets troubleshooting guide
• splunk Answers: UDP Drops on Linux

作者：吳偉

原文：

https://cizixs.com/2018/01/13/linux-udp-packet-drop-debug/