linux 百万并发连接之内核优化tcp_mem

在服务端，连接达到一定数量，诸如50W时，有些隐藏很深的问题，就不断的抛出来。 通过查看dmesg命令查看，发现大量TCP: too many of orphaned sockets错误，也很正常，下面到了需要调整tcp socket参数的时候了。

第一个需要调整的是tcp_rmem，即TCP读取缓冲区，单位为字节，查看默认值

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

默认值为87380 byte ≈ 86K，最小为4096 byte=4K，最大值为4064K。

第二个需要调整的是tcp_wmem，发送缓冲区，单位是字节，默认值

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

解释同上

第三个需要调整的tcp_mem，调整TCP的内存大小，其单位是页，1页等于4096字节。系统默认值：

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

tcp_mem(3个INTEGER变量)：low, pressure, high

  • low：当TCP使用了低于该值的内存页面数时，TCP不会考虑释放内存。
  • pressure：当TCP使用了超过该值的内存页面数量时，TCP试图稳定其内存使用，进入pressure模式，当内存消耗低于low值时则退出pressure状态。
  • high：允许所有tcp sockets用于排队缓冲数据报的页面量，当内存占用超过此值，系统拒绝分配socket，后台日志输出“TCP: too many of orphaned sockets”。

一般情况下这些值是在系统启动时根据系统内存数量计算得到的。 根据当前tcp_mem最大内存页面数是1864896，当内存为(1864896*4)/1024K=7284.75M时，系统将无法为新的socket连接分配内存，即TCP连接将被拒绝。

实际测试环境中，据观察大概在99万个连接左右的时候(零头不算)，进程被杀死，触发out of socket memory错误（dmesg命令查看获得）。每一个连接大致占用7.5K内存（下面给出计算方式），大致可算的此时内存占用情况（990000 * 7.5 / 1024K = 7251M)。

这样和tcp_mem最大页面值数量比较吻合，因此此值也需要修改。

三个TCP调整语句为:

  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

备注： 为了节省内存，设置tcp读、写缓冲区都为4K大小，tcp_mem三个值分别为3G 8G 16G，tcp_rmem和tcp_wmem最大值也是16G。

目标达成

经过若干次的尝试，最终达到目标，1024000个持久连接。1024000数字是怎么得来的呢，两台物理机器各自发出64000个请求，两个配置为6G左右的centos测试端机器(绑定7个桥接或NAT连接)各自发出640007 = 448000。也就是 1024000 = (64000) + (64000) + (640007) + (64000*7), 共使用了16个网卡（物理网卡+虚拟网卡）。
终端输出

  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

在线用户目标达到1024000个！

服务器状态信息

服务启动时内存占用：

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

系统达到1024000个连接后的内存情况（执行三次 free -m 命令，获取三次结果）：

  1. total used free shared buffers cached
  2. Mem: 10442 7781 2661 0 22 78
  3. -/+ buffers/cache: 7680 2762
  4. Swap: 8127 0 8127
  6. total used free shared buffers cached
  7. Mem: 10442 7793 2649 0 22 78
  8. -/+ buffers/cache: 7692 2750
  9. Swap: 8127 0 8127
  11. total used free shared buffers cached
  12. Mem: 10442 7804 2638 0 22 79
  13. -/+ buffers/cache: 7702 2740
  14. Swap: 8127 0 8127

这三次内存使用分别是7680,7692,7702，这次不取平均值，取一个中等偏上的值，定为7701M。那么程序接收1024000个连接，共消耗了 7701M-171M = 7530M内存， 7530M*1024K / 1024000 = 7.53K， 每一个连接消耗内存在为7.5K左右，这和在连接达到512000时所计算较为吻合。
虚拟机运行Centos内存占用，不太稳定，但一般相差不大，以上数值，仅供参考。

执行top -p 某刻输出信息：

  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

执行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

获取当前socket连接状态统计信息：

  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

获取当前系统打开的文件句柄：

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

此时任何类似于下面查询操作都是一个慢，等待若干时间还不见得执行完毕。

  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]}’

以上两个命令在二三十分钟过去了，还未执行完毕，只好停止。

小结

本次从头到尾的测试，所需要有的linux系统需要调整的参数也就是那么几个，汇总一下：

  1. echo “* – nofile 1048576” >> /etc/security/limits.conf
  3. echo “fs.file-max = 1048576” >> /etc/sysctl.conf
  4. echo “net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535” >> /etc/sysctl.conf
  6. echo “net.ipv4.tcp_mem = 786432 2097152 3145728” >> /etc/sysctl.conf
  7. echo “net.ipv4.tcp_rmem = 4096 4096 16777216” >> /etc/sysctl.conf
  8. echo “net.ipv4.tcp_wmem = 4096 4096 16777216” >> /etc/sysctl.conf

其它没有调整的参数，仅仅因为它们暂时对本次测试没有带来什么影响，实际环境中需要结合需要调整类似于SO_KEEPALIVE、tcpmax_orphans等大量参数。