Linux服務(wù)器高并發(fā)調(diào)優(yōu)實戰(zhàn)
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眾所周知在默認(rèn)參數(shù)情況下Linux對高并發(fā)支持并不好，主要受限于單進(jìn)程最大打開文件數(shù)限制、內(nèi)核TCP參數(shù)方面和IO事件分配機(jī)制等。下面就從幾方面來調(diào)整使Linux系統(tǒng)能夠支持高并發(fā)環(huán)境。
iptables相關(guān)
如非必須，關(guān)掉或卸載iptables防火墻，并阻止kernel加載iptables模塊。這些模塊會影響并發(fā)性能。
單進(jìn)程最大打開文件數(shù)限制
一般的發(fā)行版，限制單進(jìn)程最大可以打開1024個文件，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高并發(fā)需求的，調(diào)整過程如下：
在#號提示符下敲入：
#?ulimit?–n?65535
將root啟動的單一進(jìn)程的最大可以打開的文件數(shù)設(shè)置為65535個。如果系統(tǒng)回顯類似于“Operationnotpermitted”之類的話，說明上述限制修改失敗，實際上是因為在中指定的數(shù)值超過了Linux系統(tǒng)對該用戶打開文件數(shù)的軟限制或硬限制。因此，就需要修改Linux系統(tǒng)對用戶的關(guān)于打開文件數(shù)的軟限制和硬限制。
第一步，修改limits.conf文件，并添加：
#?vim?/etc/security/limits.conf
*?soft?nofile?65535
*?hard?nofile?65535
其中'*'號表示修改所有用戶的限制；soft或hard指定要修改軟限制還是硬限制；65536則指定了想要修改的新的限制值，即最大打開文件數(shù)(請注意軟限制值要小于或等于硬限制)。修改完后保存文件。
第二步，修改/etc/pam.d/login文件，在文件中添加如下行：
#?vim?/etc/pam.d/login
sessionrequired?/lib/security/pam_limits.so
這是告訴Linux在用戶完成系統(tǒng)登錄后，應(yīng)該調(diào)用pam_limits.so模塊來設(shè)置系統(tǒng)對該用戶可使用的各種資源數(shù)量的最大限制(包括用戶可打開的最大文件數(shù)限制)，而pam_limits.so模塊就會從/etc/security/limits.conf文件中讀取配置來設(shè)置這些限制值。修改完后保存此文件。
第三步，查看Linux系統(tǒng)級的最大打開文件數(shù)限制，使用如下命令：
#?cat/proc/sys/fs/file-max
32568
這表明這臺Linux系統(tǒng)最多允許同時打開(即包含所有用戶打開文件數(shù)總和)32568個文件，是Linux系統(tǒng)級硬限制，所有用戶級的打開文件數(shù)限制都不應(yīng)超過這個數(shù)值。通常這個系統(tǒng)級硬限制是Linux系統(tǒng)在啟動時根據(jù)系統(tǒng)硬件資源狀況計算出來的最佳的最大同時打開文件數(shù)限制，如果沒有特殊需要，不應(yīng)該修改此限制，除非想為用戶級打開文件數(shù)限制設(shè)置超過此限制的值。修改此硬限制的方法是修改/etc/sysctl.conf文件內(nèi)fs.file-max= 131072
這是讓Linux在啟動完成后強(qiáng)行將系統(tǒng)級打開文件數(shù)硬限制設(shè)置為131072。修改完后保存此文件。
完成上述步驟后重啟系統(tǒng)，一般情況下就可以將Linux系統(tǒng)對指定用戶的單一進(jìn)程允許同時打開的最大文件數(shù)限制設(shè)為指定的數(shù)值。如果重啟后用ulimit-n命令查看用戶可打開文件數(shù)限制仍然低于上述步驟中設(shè)置的最大值，這可能是因為在用戶登錄腳本/etc/profile中使用ulimit-n命令已經(jīng)將用戶可同時打開的文件數(shù)做了限制。由于通過ulimit-n修改系統(tǒng)對用戶可同時打開文件的最大數(shù)限制時，新修改的值只能小于或等于上次ulimit-n設(shè)置的值，因此想用此命令增大這個限制值是不可能的。所以，如果有上述問題存在，就只能去打開/etc/profile腳本文件，在文件中查找是否使用了ulimit-n限制了用戶可同時打開的最大文件數(shù)量，如果找到，則刪除這行命令，或者將其設(shè)置的值改為合適的值，然后保存文件，用戶退出并重新登錄系統(tǒng)即可。
通過上述步驟，就為支持高并發(fā)TCP連接處理的通訊處理程序解除關(guān)于打開文件數(shù)量方面的系統(tǒng)限制。
內(nèi)核TCP參數(shù)方面
Linux系統(tǒng)下，TCP連接斷開后，會以TIME_WAIT狀態(tài)保留一定的時間，然后才會釋放端口。當(dāng)并發(fā)請求過多的時候，就會產(chǎn)生大量的TIME_WAIT狀態(tài)的連接，無法及時斷開的話，會占用大量的端口資源和服務(wù)器資源。這個時候我們可以優(yōu)化TCP的內(nèi)核參數(shù)，來及時將TIME_WAIT狀態(tài)的端口清理掉。
下面介紹的方法只對擁有大量TIME_WAIT狀態(tài)的連接導(dǎo)致系統(tǒng)資源消耗有效，如果不是這種情況下，效果可能不明顯。可以使用netstat命令去查TIME_WAIT狀態(tài)的連接狀態(tài)，輸入下面的組合命令，查看當(dāng)前TCP連接的狀態(tài)和對應(yīng)的連接數(shù)量：
#?netstat-n?|?awk?‘/^tcp/?{++S[$NF]}?END?{for(a?in?S)?print?a,?S[a]}’
這個命令會輸出類似下面的結(jié)果：
LAST_ACK16
SYN_RECV348
ESTABLISHED70
FIN_WAIT1229
FIN_WAIT230
CLOSING33
TIME_WAIT18098
我們只用關(guān)心TIME_WAIT的個數(shù)，在這里可以看到，有18000多個TIME_WAIT，這樣就占用了18000多個端口。要知道端口的數(shù)量只有65535個，占用一個少一個，會嚴(yán)重的影響到后繼的新連接。這種情況下，我們就有必要調(diào)整下Linux的TCP內(nèi)核參數(shù)，讓系統(tǒng)更快的釋放TIME_WAIT連接。
編輯配置文件:/etc/sysctl.conf，在這個文件中，加入下面的幾行內(nèi)容：
#?vim?/etc/sysctl.conf
net.ipv4.tcp_syncookies=?1
net.ipv4.tcp_tw_reuse=?1
net.ipv4.tcp_tw_recycle=?1
net.ipv4.tcp_fin_timeout=?30
輸入下面的命令，讓內(nèi)核參數(shù)生效：
#?sysctl-p
簡單的說明上面的參數(shù)的含義：
net.ipv4.tcp_syncookies=?1
表示開啟SYNCookies。當(dāng)出現(xiàn)SYN等待隊列溢出時，啟用cookies來處理，可防范少量SYN攻擊，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉；
net.ipv4.tcp_tw_reuse=?1
表示開啟重用。允許將TIME-WAITsockets重新用于新的TCP連接，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉；
net.ipv4.tcp_tw_recycle=?1
表示開啟TCP連接中TIME-WAITsockets的快速回收，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉；
net.ipv4.tcp_fin_timeout
修改系統(tǒng)默認(rèn)的TIMEOUT 時間。
在經(jīng)過這樣的調(diào)整之后，除了會進(jìn)一步提升服務(wù)器的負(fù)載能力之外，還能夠防御小流量程度的DoS、CC和SYN攻擊。
此外，如果你的連接數(shù)本身就很多，我們可以再優(yōu)化一下TCP的可使用端口范圍，進(jìn)一步提升服務(wù)器的并發(fā)能力。依然是往上面的參數(shù)文件中，加入下面這些配置：
net.ipv4.tcp_keepalive_time=?1200
net.ipv4.ip_local_port_range=?1024?65535
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=?8192
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=?5000
這幾個參數(shù)，建議只在流量非常大的服務(wù)器上開啟，會有顯著的效果。一般的流量小的服務(wù)器上，沒有必要去設(shè)置這幾個參數(shù)。
net.ipv4.tcp_keepalive_time=?1200
表示當(dāng)keepalive起用的時候，TCP發(fā)送keepalive消息的頻度。缺省是2小時，改為20分鐘。
ip_local_port_range=?1024?65535
表示用于向外連接的端口范圍。缺省情況下很小，改為1024到65535。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=?8192
表示SYN隊列的長度，默認(rèn)為1024，加大隊列長度為8192，可以容納更多等待連接的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)。
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=?5000
表示系統(tǒng)同時保持TIME_WAIT的最大數(shù)量，如果超過這個數(shù)字，TIME_WAIT將立刻被清除并打印警告信息。默認(rèn)為180000，改為5000。此項參數(shù)可以控制TIME_WAIT的最大數(shù)量，只要超出了。
內(nèi)核其他TCP參數(shù)說明
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=?65535
記錄的那些尚未收到客戶端確認(rèn)信息的連接請求的最大值。對于有128M內(nèi)存的系統(tǒng)而言，缺省值是1024，小內(nèi)存的系統(tǒng)則是128。
net.core.netdev_max_backlog=?32768
每個網(wǎng)絡(luò)接口接收數(shù)據(jù)包的速率比內(nèi)核處理這些包的速率快時，允許送到隊列的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)目。
net.core.somaxconn=?32768
例如web應(yīng)用中l(wèi)isten函數(shù)的backlog默認(rèn)會給我們內(nèi)核參數(shù)的net.core.somaxconn限制到128，而nginx定義的NGX_LISTEN_BACKLOG默認(rèn)為511，所以有必要調(diào)整這個值。
net.core.wmem_default=?8388608
net.core.rmem_default=?8388608
net.core.rmem_max=?16777216?#最大socket讀buffer,可參考的優(yōu)化值:873200
net.core.wmem_max=?16777216?#最大socket寫buffer,可參考的優(yōu)化值:873200
net.ipv4.tcp_timestsmps=?0
時間戳可以避免序列號的卷繞。一個1Gbps的鏈路肯定會遇到以前用過的序列號。時間戳能夠讓內(nèi)核接受這種“異?！钡臄?shù)據(jù)包。這里需要將其關(guān)掉。
net.ipv4.tcp_synack_retries=?2
為了打開對端的連接，內(nèi)核需要發(fā)送一個SYN并附帶一個回應(yīng)前面一個SYN的ACK。也就是所謂三次握手中的第二次握手。這個設(shè)置決定了內(nèi)核放棄連接之前發(fā)送SYN+ACK包的數(shù)量。
net.ipv4.tcp_syn_retries=?2
在內(nèi)核放棄建立連接之前發(fā)送SYN包的數(shù)量。
#net.ipv4.tcp_tw_len=?1
net.ipv4.tcp_tw_reuse=?1
開啟重用。允許將TIME-WAITsockets重新用于新的TCP連接。
net.ipv4.tcp_wmem=?8192?436600?873200
TCP寫buffer,可參考的優(yōu)化值:8192 436600 873200
net.ipv4.tcp_rmem?=?32768?436600?873200
TCP讀buffer,可參考的優(yōu)化值:32768 436600 873200
net.ipv4.tcp_mem=?94500000?91500000?92700000
同樣有3個值,意思是:
net.ipv4.tcp_mem[0]:低于此值，TCP沒有內(nèi)存壓力。
net.ipv4.tcp_mem[1]:在此值下，進(jìn)入內(nèi)存壓力階段。
net.ipv4.tcp_mem[2]:高于此值，TCP拒絕分配socket。
上述內(nèi)存單位是頁，而不是字節(jié)?？蓞⒖嫉膬?yōu)化值是:7864321048576 1572864
net.ipv4.tcp_max_orphans=?3276800
系統(tǒng)中最多有多少個TCP套接字不被關(guān)聯(lián)到任何一個用戶文件句柄上。
如果超過這個數(shù)字，連接將即刻被復(fù)位并打印出警告信息。
這個限制僅僅是為了防止簡單的DoS攻擊，不能過分依靠它或者人為地減小這個值，
更應(yīng)該增加這個值(如果增加了內(nèi)存之后)。
net.ipv4.tcp_fin_timeout=?30
如果套接字由本端要求關(guān)閉，這個參數(shù)決定了它保持在FIN-WAIT-2狀態(tài)的時間。對端可以出錯并永遠(yuǎn)不關(guān)閉連接，甚至意外當(dāng)機(jī)。缺省值是60秒。2.2 內(nèi)核的通常值是180秒，你可以按這個設(shè)置，但要記住的是，即使你的機(jī)器是一個輕載的WEB服務(wù)器，也有因為大量的死套接字而內(nèi)存溢出的風(fēng)險，F(xiàn)IN-WAIT-2的危險性比FIN-WAIT-1要小，因為它最多只能吃掉1.5K內(nèi)存，但是它們的生存期長些。
同時還涉及到一個TCP 擁塞算法的問題，你可以用下面的命令查看本機(jī)提供的擁塞算法控制模塊：
sysctlnet.ipv4.tcp_available_congestion_control
對于幾種算法的分析，詳情可以參考下：TCP擁塞控制算法的優(yōu)缺點、適用環(huán)境、性能分析，比如高延時可以試用hybla，中等延時可以試用htcp算法等。
如果想設(shè)置TCP 擁塞算法為hybla
net.ipv4.tcp_congestion_control=hybla
額外的，對于內(nèi)核版高于于3.7.1的，我們可以開啟tcp_fastopen：
net.ipv4.tcp_fastopen=?3
IO事件分配機(jī)制
在Linux啟用高并發(fā)TCP連接，必須確認(rèn)應(yīng)用程序是否使用了合適的網(wǎng)絡(luò)I/O技術(shù)和I/O事件分派機(jī)制?？捎玫腎/O技術(shù)有同步I/O，非阻塞式同步I/O，以及異步I/O。在高TCP并發(fā)的情形下，如果使用同步I/O，這會嚴(yán)重阻塞程序的運(yùn)轉(zhuǎn)，除非為每個TCP連接的I/O創(chuàng)建一個線程。但是，過多的線程又會因系統(tǒng)對線程的調(diào)度造成巨大開銷。因此，在高TCP并發(fā)的情形下使用同步I/O是不可取的，這時可以考慮使用非阻塞式同步I/O或異步I/O。非阻塞式同步I/O的技術(shù)包括使用select()，poll()，epoll等機(jī)制。異步I/O的技術(shù)就是使用AIO。
從I/O事件分派機(jī)制來看，使用select()是不合適的，因為它所支持的并發(fā)連接數(shù)有限(通常在1024個以內(nèi))。如果考慮性能，poll()也是不合適的，盡管它可以支持的較高的TCP并發(fā)數(shù)，但是由于其采用“輪詢”機(jī)制，當(dāng)并發(fā)數(shù)較高時，其運(yùn)行效率相當(dāng)?shù)?，并可能存在I/O事件分派不均，導(dǎo)致部分TCP連接上的I/O出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。而如果使用epoll或AIO，則沒有上述問題(早期Linux內(nèi)核的AIO技術(shù)實現(xiàn)是通過在內(nèi)核中為每個I/O請求創(chuàng)建一個線程來實現(xiàn)的，這種實現(xiàn)機(jī)制在高并發(fā)TCP連接的情形下使用其實也有嚴(yán)重的性能問題。但在最新的Linux內(nèi)核中，AIO的實現(xiàn)已經(jīng)得到改進(jìn))。
綜上所述，在開發(fā)支持高并發(fā)TCP連接的Linux應(yīng)用程序時，應(yīng)盡量使用epoll或AIO技術(shù)來實現(xiàn)并發(fā)的TCP連接上的I/O控制，這將為提升程序?qū)Ω卟l(fā)TCP連接的支持提供有效的I/O保證。
經(jīng)過這樣的優(yōu)化配置之后，服務(wù)器的TCP并發(fā)處理能力會顯著提高。以上配置僅供參考，用于生產(chǎn)環(huán)境請根據(jù)自己的實際情況調(diào)整觀察再調(diào)整。
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