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
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)
[*]文件句柄, 文件描述符数量 open files
[*]系统内存限制
[*]端口数量限制
[*]网络带宽的限制 (一般不做考虑)
[*]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
https://img-blog.csdnimg.cn/e8ad8492076d4b1fb644116d4a79e33a.png
我的已经被我自己修改为了100W的量级了
修改方式:
[*]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
[*]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
https://img-blog.csdnimg.cn/728005b5640d403d924d01e4325fbb64.png
https://img-blog.csdnimg.cn/81fd6b2f73b940f9b0232337d172dea5.png
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://g.csdnimg.cn/static/logo/favicon32.icohttps://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:
https://img-blog.csdnimg.cn/0412f06d522f4aff9f5823118c67479c.png
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
https://img-blog.csdnimg.cn/5ddea4e063474b94b4f63bcc6612224b.png
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
https://img-blog.csdnimg.cn/4584d22d5efc4cd2ad3323dd648a5e0b.png
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.
https://img-blog.csdnimg.cn/3a3c520d8c6246ac89718a3ff93230f1.png
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 <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <fcntl.h>
#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);
exit(0);
}
const char *ip = argv;
int port = atoi(argv);
int connections = 0;
char buffer = {0};
int i = 0, index = 0;
struct epoll_event events;
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.data.fd;
if (events.events & EPOLLOUT) {
sprintf(buffer, "data from %d\n", clientfd);
send(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0);
} else if (events.events & EPOLLIN) {
char rBuffer = {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
[*]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
[*]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
[*]五元组组合限制 防火墙限制
[*]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
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