用 Systemtap 统计 TCP 连接

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问题

做压力测试的时候希望可以在服务器上采样，能获得当前服务器的TCP连接数、连接耗费时间的最大值、最小值、均值。

传统解决思路

TCP连接采样最直接的方式是通过netstat统计ESTABLISHED状态的TCP连接数。一般压力测试工具会提供一份报告说明发送请求的最大值、最小值、均值。

netstat原理是读取/proc/net/tcp给出当前服务器的TCP状态，当“列表”很长的时候它就要花费更多时间完成解析。采样到的数据不及时，而且nestat会消耗非常大的CPU，影响测试结果；
压力测试工具报告的请求耗费时间的最大值、最小值、均值包含了网络延时。压力测试工具会同时开启N个并发访问服务器，对于网络来说是有大量的数据包同时产生，很可能受限于测试机或者服务器的带宽，根本没有送到服务器或者是测试机来不及处理产生了延时；

另辟蹊径

最好的办法是通过内核Hook拦截某些关键的TCP函数，比如能找到类似tcp_connect、tcp_close的函数。遗憾的是TCP建立连接比较容易找到（无非是accept、tcp_v4_connect之类的），但是关闭部分却没有相应的函数。这个问题折腾了我不少时间，最后我借鉴了nestat的思路——通过TCP的状态判断。

至于Hook内核基本上没什么难度，祭出大杀器Systemtap就行了。

Systemtap是世界上最牛B的Linux内核调试工具（没有之一），如果你之前听说过DTrace那么可以把它理解为DTrace for Linux。使用它通过简单的几行代码我们就可以Hook到内核中的任何函数，不但可以“截获”参数甚至可以修改参数。

我定义了一个全局数组connection，当TCP状态是ESTABLISHED时我会把时间戳放到以客户端IP地址+端口为Key的关联数组中，当TCP状态是CLOSE、CLOSE_WAIT时根据IP地址和端口取出时间戳，计算出耗费的毫秒数放入累加变量spend_time中。为了统计当前并发数，程序中每隔1秒钟，修改report关联数组。

最后在程序结束的时候输出所有请求耗费时间的最大值、最小值和均值。

测试结果

通过ab简单的模拟一下效果，设置并发度300，总的请求数量是10000。

结果显示ab记录发送了10000次而实际上服务器多收到146次，这部分请求应该是ab认为失败其实已经成功的。服务器的峰值是179，远远没有达到300的并发度。

附上systemtap脚本地址

https://gist.github.com/fireflyc/cf82f27ebbfe1ff61c4f789b8b1b0d25

后记

这篇文章的目的其实是想让大家学习用systemtap。网上关于它的教程很多，所以再写一篇“教程”也不可能好到哪里去。所以介绍一个之前写过的一个脚本，希望能够抛砖引玉。

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