当我们用TCP创建一个连接的时候，细心的同学可能会发现使用free命令会看到cache的大小就会变大，相应的剩余内存会变小。这是因为内核为每个连接建立了缓冲区，这个缓冲区既要用于发送和接收数据，还要用于充当内核与应用程序的桥梁作用。如果缓冲区设置的过小，那么将不能充分利用网络带宽，网络传输速度过慢。如果设置的过大，那么内存资源将很快用完，新的连接将不能建立。故我们需要知道TCP缓冲区的用途，才能正确的配置内存的大小，实现更高的并发。

滑动窗口

TCP为了实现可靠性，每个报文都需要收到对应的ACK报文，如果在RTO(retransmission timeout)的时间间隔内都收不到对方ACK报文，那么发送方就会重发报文。故发送方在收到确认ACK报文前都需要保存发送内存在缓冲区，因为后面重发的时候需要用到。如果我们每次都在收到确认报文后，再发送下一个报文，其流程图如下：

我们知道在以太网中，最大可以传送的报文大小是1500字节，除掉TCP/IP的头部字节，每个报文的最大实际有效字节就1k字节左右(在TCP中叫MSS, Max Segment Size )。假设网络的RTT时间是10ms(可以通过ping得到)，那么在这种方式下每秒只能发送1k*1000/10=100KB，显然传送速度非常的慢。
那么我们能不能批量发送，批量确认呢？TCP的滑动窗口机制就是用于解决这个问题的。接收方把它的处理能力告诉发送方，使其限制发送速度即可，这就是滑动窗口的由来。接收方根据它的缓冲区，可以计算出后续能够接收多少字节的报文，这个数字叫做接收窗口。当内核接收到报文时，必须用缓冲区存放它们，这样剩余缓冲区空间变小，接收窗口也就变小了；当进程调用 read 函数后，数据被读入了用户空间，内核缓冲区就被清空，这意味着主机可以接收更多的报文，接收窗口就会变大。因此，接收窗口并不是恒定不变的，那么怎么把时刻变化的窗口通知给发送方呢？TCP 报文头部中的窗口字段，就可以起到通知的作用。当发送方从报文中得到接收方的窗口大小时，就明白了最多能发送多少字节的报文，这个数字被称为发送方的发送窗口。如果不考虑拥塞控制，发送方的发送窗口就是接收方的接收窗口（由于报文有传输时延，t1 时刻的接收窗口在 t2 时刻才能到达发送端，因此这两个窗口并不完全等价）。
在TCP的报文头部中，有一个2字节的窗口字段，用于通知发送方能够一次接收方能够一次接收的数据大小。当接收端受到窗口大小的时候，就可以根据窗口大小调整一次批量发送的数据的数量，如下图所示：

但是表示窗口大小只有2个字节，最大只能表示65535个字节，为啥不是65536呢，因为TCP允许设置窗口大小为0，从而关闭窗口，对方会因为窗口大小为0而不在发送数据，这也是我在《TCP四次挥手调优》的博文中说的，导致FIN报文发送不出的原因所在。如果窗口设置成最大，那么就是65535，为了描述方便，就以64k来计算。那么在同样的RTT为10ms的网络中，最大也只有6.4MB的速度。这与我们动辄gb的网络，差距还是很大。那么我们能不能设置更大的窗口呢？
Linux（https://tools.ietf.org/html/rfc1323）提供了参数

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_window_scaling
1

当设置为1时，及开启了动态调整窗口大小的功能，最大可以达到1GB。
既然打开tcp_window_scaling动态调整滑动窗口的大小，那么能不能把窗口调整到最大1GB，那么在一个RTT的时间内，就可以发送1GB的数据，在RTT为10ms的网络中，带宽就可以达到100GB了，显然那是不可能的。

缓冲区动态调整

那有没有什么依据共linux调整窗口的大小呢？上文中提到窗口的大小与缓冲区正相关，那我们是不是可以通过设置缓冲区的上下限供linux动态调整缓冲区的大小呢？我们又可以基于什么原则设置缓冲区的大小呢？

发送缓冲区设置原则

TCP每发送一个报文，都要等收到ACK确认报文才能从发送缓冲区中删除，那些发送出去但还没有收到ACK确认的报文，我们称之为飞行报文。带宽*RTT得到的大小我们称为带宽时延积。由于发送缓冲区的大小决定了发送窗口的大小，而发送窗口的大小又决定了一次能够发送的数据的大小，而一次能够发送的数据的大小又决定了飞行报文的大小，而飞行报文的大小如果与带宽时延积相关，那么就可以最大化的利用网络带宽。故如果发送缓冲区的大小与带宽时延积相等，那么就可以最大化的利用网络带宽。
那么我们能不能通过linux的socket参数SO_SNDBUF参数设置缓冲区的大小呢？如果我们那么设置了，linux就不能动态的调整缓冲区的大小了，那么单机能够同时创建的连接数量就会非常有限，从而影响并发性，而且网络也会一直波动，缓冲区不能一直处于最佳的状态。其实linux提供了参数：

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem
4096    87380   4194304

用于动态设置缓冲区的大小，例子中4096表示缓冲区的最小大小，4194304表示缓冲区的最大大小，87380 表示默认值。发送缓冲区的动态调整比较简单，当发送缓冲区的剩余空间充足的时候，可以减小发送缓冲区的大小，反之则增加缓冲区的大小。最小值一般就用4096即可，最大值我们可以设置成带宽时延积的大小。在高并发的场景中我们可以降低默认的缓冲区大小，这样可以支持更高的并发。

接收缓冲区设置原则

Linux也提供了参数：

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem
4096    87380   4194304

用于设置接收缓冲区的动态调整范围，每个参数的意义与tcp_wmem类似。与发送缓冲区类似，也不能通过socket设置参数SO_RCVBUF，否则会关闭自动调节功能。默认值的设置与发送缓冲区也类似，高并发场景下可以调低其中。发送缓冲区的调节功能是自动开启的，而接收缓冲区Linux提供了参数

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_moderate_rcvbuf
1

默认值为1，表示开启接收缓冲区的动态调整功能。发送缓冲区自动调节的依据是待发送的数据，接收缓冲区由于只能被动地等待接收数据，它该如何自动调整呢？可以依据空闲系统内存的数量来调节接收窗口。如果系统的空闲内存很多，就可以把缓冲区增大一些，这样传给对方的接收窗口也会变大，因而对方的发送速度就会通过增加飞行报文来提升。反之，内存紧张时就会缩小缓冲区，这虽然会减慢速度，但可以保证更多的并发连接正常工作。
Linux提供了参数：

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_mem
3079776 4106368 6159552

用于设置可以用于TCP缓冲区的大小，当 TCP 内存小于第 1 个值时，不需要进行自动调节；在第 1 和第 2 个值之间时，内核开始调节接收缓冲区的大小；大于第 3 个值时，内核不再为 TCP 分配新内存，此时新连接是无法建立的，如果接收缓冲区满了，也无法接收新数据。需要注意的是tcp_mem是以page_size为单位（其值一般为4KB），而tcp_rmem与tcp_wmem是以Byte为单位。