单机千万并发连接实战

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单机千万并发连接实战

dong

1 年前

很早以前就听说了c10k，c100k，c1000k等问题，每个问题的解决都是并发编程的一个里程碑。随着硬件的快速提升，那么10m（千万）并发连接呢？能否做到？如何做到？会有什么限制？小编对此很好奇，折腾了不少时间，终于有了令人兴奋的答案！
下面我们使用https://github.com/yedf/handy库自带的例子程序，来跑出一个单机千万并发连接的实例，先上操作步骤，后面解释。

准备机器

10m连接，大家的个人电脑肯定无法满足要求，如果不是在大公司任职，弄个实际的物理机对大家是个奢望。那么怎么办？我也面临同样问题。
现在的云计算这么发达，还可以按小时计费，一小时的费用也就几元，那就试试云计算产品吧。小编先是在阿里云上测试，但阿里云的按需付费主机配置不高，费了不少时间，最终只跑到了3m个连接。阿里云的不行，是主机的配置问题还是程序的问题呢？为了得到最终的结论，我尝试了其他的云产品，最终ucloud的云主机给了我惊喜。

首先创建ucloud主机
ucloud主机（一共需要两台，一台作为服务器，一台作为客户端）：
. 选择主机管理的创建主机
. 系统选择ubuntu14.4 64bit （小编的测试程序是c++11，需要高版本的g++）
. 机型标准版
. 网络增强一定要选择开启 （千万连接是网络IO密集型，网络当然要强大型）
. cpu 16核 内存64G 数据盘0
. 下一步中的网络类型选择基础网络即可，创建主机之后，需要购买弹性ip，并且绑定到主机
. 价格：小编实验时（2015年8月），上述的配置，一台仅需7.2元一小时，两台不到15元

做实验的时候，大家记得要眼疾手快哦，一小时十几元，获得了自己想要的结果就赶紧释放主机哈

调整系统参数

10m并发连接对系统是个挑战，需要调整相关的参数

sysctl -w fs.file-max=10485760 #系统允许的文件描述符数量10m
sysctl -w net.ipv4.tcp_rmem=1024 #每个tcp连接的读取缓冲区1k，一个连接1k
sysctl -w net.ipv4.tcp_wmem=1024 #每个tcp连接的写入缓冲区1k
#修改默认的本地端口范围
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range='1024 65535' 
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=1  #快速回收time_wait的连接
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_timestamps=1
#用户单进程的最大文件数，用户登录时生效
echo '* soft nofile 1048576' >> /etc/security/limits.conf 
echo '* hard nofile 1048576' >> /etc/security/limits.conf 
ulimit -n 1048576 #用户单进程的最大文件数 当前会话生效

部署程序

下面可以开始部署我们的测试程序了

apt-get update
apt-get install -y screen git make g++ nload iptraf
git clone https://github.com/yedf/handy
cd handy
git checkout 97b5426f91d37
make -j4

运行测试程序

选取一台主机S作为服务器，运行服务器

10m/10m-svr 100 300 10 301 #启动10个子进程，每个进程分别监听100-300的端口

选取另一台主机C作为客户端，运行客户端，（需要填写S的内网ip）

#启动10个客户端子进程，连接到S的100-300端口，发起10m个连接，在500秒内创建所有的连接，每600秒发送一个心跳，心跳数据为64字节，多进程的管理端口为301
10m/10m-cli  100 300 10000000 500 10 600 64 301 

观察结果

然后，10m连接的建立就不需要更多的步骤啦，使用命令
watch ss -s
我们就可以开始观察连接的创建进度啦，看着连接渐渐的往上走，超过10k，100k, 1m是不是很有成就感。

说明

并发连接数到达千万时，有诸多方面的问题需要解决：

. 单进程最大文件数量限制：limit -n 最多能把这个数字修改到1048575，因此单个进程最多能够打开百万个文件，千万并发连接需要千万个文件描述符，于是我们使用多进程来做到千万文件的支持

.多进程之间的负载均衡：nginx使用多进程来增加自己的吞吐量，原先采用共享锁的方式来平衡负载，对核数较多的服务器，较多的进程并没有达到性能的线性提升。最新的linux内核引入了SO_REUSEPORT选项，该选项可以自动平衡监听同一端口的多进程，是内核级的解决方案。handy采用该方案，优于nginx的旧有方式（最新的nginx也支持SO_REUSEPORT）。

.测试中客户端本地端口不够：让服务器监听了200个端口，这样客户端连接服务器的每个端口只有50k个连接，然后加大默认的本地端口范围就可以满足要求（见前面的服务器系统参数）

测试中如果一次性创建千万个连接，则绝大部分的连接创建都会失败，因此让客户端每100ms创建2000个连接，提高连接创建的成功率。

系统在运行中，并没有多少的负载，当然啦，一部分负载跑到底层的hypervisor去了

小编实验的机器上内存占用大约40G，平均一个连接前后一共用了4k，不多不多

大家可以通过iptraf，nload等工具来查看系统的网络情况

写到这里，顺便给出我测是的ucloud主机的性能参数吧：
网卡流量最多可以到1.2GBit/s，并非所有时间都到了这么高，并不稳定，一般在800M-1.2G之间波动
tcp收包发包的最高qps是12w/s，多了就上不去了

后续

为了达到千万条连接，折腾了不少问题，上面只是个大概，有些地方的细节并没有深入探讨。如果大家有兴趣，后续会慢慢把其他细节分享出来。