百萬並發之 tcp_mem

在服務端，連接達到一定數量，諸如50W時，有些隱藏很深的問題，就不斷的拋出來。 通過查看dmesg命令查看，發現大量TCP: too many of orphaned sockets錯誤，也很正常，下面到了需要調整tcp socket參數的時候了。

第一個需要調整的是tcp_rmem，即TCP讀取緩沖區，單位為字節，查看默認值

1. cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem
2. 4096 87380 4161536

默認值為87380 byte ≈ 86K，最小為4096 byte=4K，最大值為4064K。

第二個需要調整的是tcp_wmem，發送緩沖區，單位是字節，默認值

1. cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem
2. 4096 16384 4161536

解釋同上

第三個需要調整的tcp_mem，調整TCP的內存大小，其單位是頁，1頁等於4096字節。系統默認值：

1. cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_mem
2. 932448 1243264 1864896

tcp_mem(3個INTEGER變量)：low, pressure, high

• low：當TCP使用了低於該值的內存頁面數時，TCP不會考慮釋放內存。
• pressure：當TCP使用了超過該值的內存頁面數量時，TCP試圖穩定其內存使用，進入pressure模式，當內存消耗低於low值時則退出pressure狀態。
• high：允許所有tcp sockets用於排隊緩沖數據報的頁面量，當內存占用超過此值，系統拒絕分配socket，后台日志輸出“TCP: too many of orphaned sockets”。

一般情況下這些值是在系統啟動時根據系統內存數量計算得到的。 根據當前tcp_mem最大內存頁面數是1864896，當內存為(1864896*4)/1024K=7284.75M時，系統將無法為新的socket連接分配內存，即TCP連接將被拒絕。

實際測試環境中，據觀察大概在99萬個連接左右的時候(零頭不算)，進程被殺死，觸發out of socket memory錯誤（dmesg命令查看獲得）。每一個連接大致占用7.5K內存（下面給出計算方式），大致可算的此時內存占用情況（990000 * 7.5 / 1024K = 7251M)。

這樣和tcp_mem最大頁面值數量比較吻合，因此此值也需要修改。

三個TCP調整語句為:

1. echo "net.ipv4.tcp_mem = 786432 2097152 3145728">> /etc/sysctl.conf
2. echo "net.ipv4.tcp_rmem = 4096 4096 16777216">> /etc/sysctl.conf
3. echo "net.ipv4.tcp_wmem = 4096 4096 16777216">> /etc/sysctl.conf

備注： 為了節省內存，設置tcp讀、寫緩沖區都為4K大小，tcp_mem三個值分別為3G 8G 16G，tcp_rmem和tcp_wmem最大值也是16G。

目標達成

經過若干次的嘗試，最終達到目標，1024000個持久連接。1024000數字是怎么得來的呢，兩台物理機器各自發出64000個請求，兩個配置為6G左右的centos測試端機器(綁定7個橋接或NAT連接)各自發出640007 = 448000。也就是 1024000 = (64000) + (64000) + (640007) + (64000*7), 共使用了16個網卡（物理網卡+虛擬網卡）。
終端輸出

1. ......
2. online user 1023990
3. online user 1023991
4. online user 1023992
5. online user 1023993
6. online user 1023994
7. online user 1023995
8. online user 1023996
9. online user 1023997
10. online user 1023998
11. online user 1023999
12. online user 1024000

在線用戶目標達到1024000個！

服務器狀態信息

服務啟動時內存占用：

                 total       used       free     shared    buffers     cached
    Mem:         10442        271      10171          0         22         78
    -/+ buffers/cache:        171      10271
    Swap:         8127          0       8127

系統達到1024000個連接后的內存情況（執行三次 free -m 命令，獲取三次結果）：

                 total       used       free     shared    buffers     cached
    Mem:         10442       7781       2661          0         22         78
    -/+ buffers/cache:       7680       2762
    Swap:         8127          0       8127

                 total       used       free     shared    buffers     cached
    Mem:         10442       7793       2649          0         22         78
    -/+ buffers/cache:       7692       2750
    Swap:         8127          0       8127

                 total       used       free     shared    buffers     cached
    Mem:         10442       7804       2638          0         22         79
    -/+ buffers/cache:       7702       2740
    Swap:         8127          0       8127

這三次內存使用分別是7680,7692,7702，這次不取平均值，取一個中等偏上的值，定為7701M。那么程序接收1024000個連接，共消耗了 7701M-171M = 7530M內存， 7530M*1024K / 1024000 = 7.53K， 每一個連接消耗內存在為7.5K左右，這和在連接達到512000時所計算較為吻合。
虛擬機運行Centos內存占用，不太穩定，但一般相差不大，以上數值，僅供參考。

執行top -p 某刻輸出信息：

1. top - 17:23:17 up 18 min, 4 users, load average: 0.33, 0.12, 0.11
2. Tasks: 1 total, 1 running, 0 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
3. Cpu(s): 0.2%us, 6.3%sy, 0.0%ni, 80.2%id, 0.0%wa, 4.5%hi, 8.8%si, 0.0%st
4. Mem: 10693580k total, 6479980k used, 4213600k free, 22916k buffers
5. Swap: 8323056k total, 0k used, 8323056k free, 80360k cached
7. PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
8. 2924 yongboy 20 0 82776 74m 508 R 51.3 0.7 3:53.95 server

執行vmstate：

1. vmstat
2. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
3. r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
4. 0 0 0 2725572 23008 80360 0 0 21 2 1012 894 0 9 89 2 0

獲取當前socket連接狀態統計信息：

1. cat /proc/net/sockstat
2. sockets: used 1024380
3. TCP: inuse 1024009 orphan 0 tw 0 alloc 1024014 mem 2
4. UDP: inuse 11 mem 1
5. UDPLITE: inuse 0
6. RAW: inuse 0
7. FRAG: inuse 0 memory 0

獲取當前系統打開的文件句柄：

1. sysctl -a | grep file
2. fs.file-nr = 1025216 0 1048576
3. fs.file-max = 1048576

此時任何類似於下面查詢操作都是一個慢，等待若干時間還不見得執行完畢。

1. netstat -nat|grep -i "8000"|grep ESTABLISHED|wc -l
2. netstat -n | grep -i "8000" | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

以上兩個命令在二三十分鍾過去了，還未執行完畢，只好停止。

小結

本次從頭到尾的測試，所需要有的linux系統需要調整的參數也就是那么幾個，匯總一下：

    echo "* - nofile 1048576" >> /etc/security/limits.conf

    echo "fs.file-max = 1048576" >> /etc/sysctl.conf
    echo "net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535" >> /etc/sysctl.conf

    echo "net.ipv4.tcp_mem = 786432 2097152 3145728" >> /etc/sysctl.conf
    echo "net.ipv4.tcp_rmem = 4096 4096 16777216" >> /etc/sysctl.conf
    echo "net.ipv4.tcp_wmem = 4096 4096 16777216" >> /etc/sysctl.conf

　　

其它沒有調整的參數，僅僅因為它們暫時對本次測試沒有帶來什么影響，實際環境中需要結合需要調整類似於SO_KEEPALIVE、tcpmax_orphans等大量參數。