高并发服务器的限制有哪些,如何提高并发量

目录

前言

并发量限制因素 (五元组)

准备

测试并发量

思考局限

如何打破

超时连接问题何在

connection timeout的解决办法

实际开发中的处理方案

文章小结

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前言

本文纯粹就是小杰学习后端服务器开发的一个学习笔记系列.
小杰会尽量地将其梳理清楚, 大家一起学习，共同进步, 知识不分高低, 计算机的学习小杰认为也是一个    量变   --->   质变    的过程
天道酬勤, 水滴石穿, 在不同的阶段就干好自己当前阶段力所能及之事,  至少是没有在寝室的床上瘫着消磨时光                                                 --------   愿大家都学有所成,所获

并发量限制因素 (五元组)

五元组: (srcip, dstip, srcport, dstport, proto) 

1. 文件句柄, 文件描述符数量  open files
2. 系统内存限制 
3. 端口数量限制
4. 网络带宽的限制 (一般不做考虑)
5. 数据库的并发量限制

准备

先将 open files 修改到 100W的上限

查看单个进程可以打开的文件句柄的数目, open files的大小

命令：ulimit 

ulimit -a 显示当前所有的资源限制
ulimit -H 设置硬件资源限制
ulimit -S 设置软件资源限制
ulimit -n 设置进程最大打开文件描述符数

我的已经被我自己修改为了100W的量级了 

修改方式:

1. 命令修改 ： ulimit -n      缺陷：不是永久修改, 不涉及写磁盘, 重启shell之后修改消失
2. 修改配置文件  limits.conf 文件限制着用户可以使用的最大文件数，最大线程，最大内存等资源使用量。    vim /etc/security/limits.conf        涉及写磁盘, 每一次登录shell都会加载配置文件, 永久修改         配置文件记忆技巧, 资源使用限制涉及到系统安全, 故而在security中

 

 

测试并发量

首先针对之前写的reactor进行一个并发量的测试.

测试代码server代码在上一篇文章中:

epoll高度封装reactor,几乎所有可见服务器的底层框架_小杰312的博客-CSDN博客_小杰框架epoll高度封装reactor,几乎所有可见服务器的底层框架https://blog.csdn.net/weixin_53695360/article/details/123894158?spm=1001.2014.3001.5502

并发量：服务器可以承载的客户端的连接数量, 也就是可以维护的 sockfd的数量.

客户端并发量测试

初始版本测试结果如下:

思考局限

srcip 客户端的ip是固定的 srcport 客户端的可用端口数理论值是 65535

dstip +  dstport 固定， 服务器ip 跟 端口固定

 此时并发量可以达到2.8W, 然后报错不能分配地址了. 其实是客户端端口分配上限了.

如何打破

增加服务器端口数,  此时完全先从五元组确定唯一连接的方向切入，思考出可以增加服务端的监视窗口数量来提高并发量, 打破限制.       (多端口, 多窗口监视，有效提升客户接入量)

• 将服务器的端口数开启到100个
• 核心改变代码:

创建监视端口 init_listen_sock

int init_sock(short port) {

	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (sockfd == -1) {
		err_exit("socket");
	}

	sockaddr_in addr;

	memset(&addr, 0, sizeof(addr));
	addr.sin_port = htons(port);
	addr.sin_family = AF_INET;
	addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

	if (-1 == bind(sockfd, (SA*)&addr, sizeof(addr))) {
		err_exit("bind");
	}

	if (-1 == listen(sockfd, 5)) {
		err_exit("listen");
	}

	return sockfd;
}

	//循环向eventloop中添加多监视窗口, 多port
    int i = 0;
	for (i = 0; i < LISTEN_PORT; ++i) {
		sockfd = init_sock(i + port);
		//将其加入到event_loop中
		struct epoll_event ev;
		ev.events = EPOLLIN;	//level 触发 
		//注册监视事件
		struct sockitem* si = (struct sockitem*)malloc(sizeof(struct sockitem));
		si->sockfd = sockfd;
		si->callback = accept_cb;//设置事件处理器

		ev.data.ptr = si;
		epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);
	}

• 再测试

经过漫长等待之后它终于还是没有达到100W左右, 而是killed了, 因为内存限制被killed了

其实这个不是正常现象，我这里是因为内存限制而产生了killed, 实际上，内存限制没有打破的情况下也还是无法达到100W, 会出现    connection timeout 连接超时的错误 

超时连接问题何在

100 * 2.8W  服务端端口数(100端口) * 客户端端口数 (随机2.8W端口, 之前测试) 可以达到100W，所以接入量的限制不是五元组. 而是其他因素

针对connect的超时连接错误, 我们透过TCP三次握手去看, 问题在于服务端没有向客户端返回一个ACK, 导致了connect 超时.                                       --- server 的ACK为何没有到

此时的限制其实在于协议栈了. iptables， 一种过滤装置  防火墙

connection timeout的解决办法

修改  /etc/sysctl.conf 配置文件, 打破限制.

net.nf_conntrack_max 就是防火墙的限制

fs.file-max = 1048576        
net.nf_conntrack_max = 1048576
net.ipv4.tcp_rmem =128 256 512
net.ipv4.tcp_wmem =128 256 512

至此其实可以完成百万接入量了, 只是我的服务器内存是在太小, 无法达到要求， 内存足够是可以跑到100W的.

实际开发中的处理方案

采用多进程的方式, 而不是多端口的方式.

测试代码:   MAX_PORT : 代表的是端口数, 与服务器端口数保持一致

#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAX_BUFFER		128
#define MAX_EPOLLSIZE	(384*1024)
#define MAX_PORT		1


#define TIME_SUB_MS(tv1, tv2)  ((tv1.tv_sec - tv2.tv_sec) * 1000 + (tv1.tv_usec - tv2.tv_usec) / 1000)

int isContinue = 0;

static int ntySetNonblock(int fd) {
	int flags;

	flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
	if (flags < 0) return flags;
	flags |= O_NONBLOCK;
	if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0) return -1;
	return 0;
}

// s设置好地址可复用
static int ntySetReUseAddr(int fd) {
	int reuse = 1;
	return setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char *)&reuse, sizeof(reuse));
}


int main(int argc, char **argv) {
	if (argc <= 2) {
		printf("Usage: %s ip port\n", argv[0]);
		exit(0);
	}

	const char *ip = argv[1];
	int port = atoi(argv[2]);
	int connections = 0;
	char buffer[128] = {0};
	int i = 0, index = 0;

	struct epoll_event events[MAX_EPOLLSIZE];
	
	int epoll_fd = epoll_create(MAX_EPOLLSIZE);
	
	strcpy(buffer, " Data From MulClient\n");
		
	struct sockaddr_in addr;
	memset(&addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
	
	addr.sin_family = AF_INET;
	addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

	struct timeval tv_begin;
	gettimeofday(&tv_begin, NULL);

	while (1) {
		if (++index >= MAX_PORT) index = 0;
		
		struct epoll_event ev;
		int sockfd = 0;

		if (connections < 340000 && !isContinue) {
			sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
			if (sockfd == -1) {
				perror("socket");
				goto err;
			}

			//ntySetReUseAddr(sockfd);
			addr.sin_port = htons(port+index);

			if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
				perror("connect");
				goto err;
			}
			ntySetNonblock(sockfd);
			ntySetReUseAddr(sockfd);

			sprintf(buffer, "Hello Server: client --> %d\n", connections);
			send(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0);

			ev.data.fd = sockfd;
			ev.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;
			epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);
		
			connections ++;
		}
		//connections ++;
		if (connections % 1000 == 999 || connections >= 340000) {
			struct timeval tv_cur;
			memcpy(&tv_cur, &tv_begin, sizeof(struct timeval));
			
			gettimeofday(&tv_begin, NULL);
			//计算出时间
			int time_used = TIME_SUB_MS(tv_begin, tv_cur);
			printf("connections: %d, sockfd:%d, time_used:%d\n", connections, sockfd, time_used);
			//每一次仅仅只是拿出来
			int nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, connections, 100);
			for (i = 0;i < nfds;i ++) {
				int clientfd = events[i].data.fd;

				if (events[i].events & EPOLLOUT) {
					sprintf(buffer, "data from %d\n", clientfd);
					send(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0);
				} else if (events[i].events & EPOLLIN) {
					char rBuffer[MAX_BUFFER] = {0};				
					ssize_t length = recv(sockfd, rBuffer, MAX_BUFFER, 0);
					if (length > 0) {
						printf(" RecvBuffer:%s\n", rBuffer);

						if (!strcmp(rBuffer, "quit")) {
							isContinue = 0;
						}
						
					} else if (length == 0) {
						printf(" Disconnect clientfd:%d\n", clientfd);
						connections --;
						close(clientfd);
					} else {
						if (errno == EINTR) continue;

						printf(" Error clientfd:%d, errno:%d\n", clientfd, errno);
						close(clientfd);
					}
				} else {
					printf(" clientfd:%d, errno:%d\n", clientfd, errno);
					close(clientfd);
				}
			}
		}

		usleep(1 * 1000);
	}

	return 0;

err:
	printf("error : %s\n", strerror(errno));
	return 0;
	
}

文章小结

1. 做并发测试时候出现了问题，我们思考的方式是: 内存限制,  open files 文件句柄数限制,  五元组组合限制, 网络带宽, 数据库... 方向入手思考
2. 对于各种系统资源的限制, 可以通过修改配置文件的方式做出永久修改   /etc/security/limits.conf       +     /etc/sysctl.conf  
3. 五元组组合限制      防火墙限制
4. ulimit -a 查看所有的资源限制, free -h 查看内存限制, htop 动态观察CPU  + 内存占用情况, 便于分析异常