Linux下各种连接数配置及高并发Nginx优化

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Linux下各种连接数配置

前言

在性能测试过程中，经常会接触到链接数相关的问题，那就是一台服务器最多能支持多少链接数呢？

有的朋友可能会说是65535，因为操作系统有65535个端口，那么这个答案准确吗？

首先先了解下如何标识一个链接，操作系统是通过一个四元组来标识一个TCP链接：

{本地ip，本地port，远程ip，远程port}

这四个要素唯一确定一个TCP链接，任意一个要素不相同，就认为是一个不同的链接。

在Linux系统中，一切皆文件，每一个TCP链接都要占用一个文件句柄，系统允许创建的链接数取决于句柄数的上限。超过这个值再创建链接就会报这样的错误：

Can’t open so many files

内核文件描述符

查看及修改内核文件描述符的最大限制

查看

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more /proc/sys/fs/file-max

临时生效

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echo 3195430 > /proc/sys/fs/file-max

立即生效,永久生效

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echo "fs.file-max = 3195430" >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p

系统连接数

查看

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ulimit -n

参数

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-S	use the soft resource limit # 设置软限制     
-H	use the hard resource limit # 设置硬限制  
-a	all current limits are reported# 显示所有的配置。     
-b	the socket buffer size # 设置socket buffer 的最大值。     
-c	the maximum size of core files created # 设置core文件的最大值.      
-d	the maximum size of a process's data segment  # 设置线程数据段的最大值
-e	the maximum scheduling priority ('nice') # 设置最大调度优先级      
-f	the maximum size of files written by the shell and its children # 创建文件的最大值。      
-i	the maximum number of pending signals # 设置最大的等待信号      
-l	the maximum size a process may lock into memory #设置在内存中锁定进程的最大值     
-m	the maximum resident set size       
-n	the maximum number of open file descriptors # 设置最大可以的打开文件描述符。     
-p	the pipe buffer size      
-q	the maximum number of bytes in POSIX message queues      
-r	the maximum real-time scheduling priority     
-s	the maximum stack size      
-t	the maximum amount of cpu time in seconds      
-u	the maximum number of user processes  # 设置用户可以创建的最大进程数.
-v	the size of virtual memory  # 设置虚拟内存的最大值      
-x	the maximum number of file locks

临时生效

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ulimit -HSn 65535

永久生效

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cat /etc/security/limits.conf

配置如下

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* soft nofile 65535
* hard nofile 65535
* soft nproc 65535
* hard nproc 65535

通过

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sysctl -p

使得配置生效，可用通过ulimit -a查看file配置是否生效，临时设置也可用通过ulimit -u 65535 配置。

查看系统当前的连接数

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netstat -ant | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

结果

LAST_ACK 54
SYN_RECV 5
ESTABLISHED 4636
FIN_WAIT1 52
FIN_WAIT2 299
CLOSING 3
TIME_WAIT 1344

解析：

  • LAST_ACK //等待所有分组死掉
  • SYN_RECV //一个连接请求已经到达，等待确认
  • ESTABLISHED //正常数据传输状态/当前并发连接数
  • FIN_WAIT1 //应用说它已经完成
  • FIN_WAIT2 //另一边已同意释放
  • CLOSING //两边同时尝试关闭
  • TIME_WAIT //另一边已初始化一个释放

单独查看TIME_WAIT

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ss -nat | grep TIME-WAIT

image-20220111153246667

这里看到大部分都是9001和9011端口的服务占用的

我们查询一下数量

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ss -nat | grep TIME-WAIT | grep 9001 | wc -l
ss -nat | grep TIME-WAIT | grep 9011 | wc -l

内核参数的优化

查看内核参数

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sysctl -a

注意

调整内核参数后，内核处于不稳定状态，请务必重启实例。

打开配置文件

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vi /etc/sysctl.conf

修改

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# 打开文件句柄数量
fs.file-max = 655360
# 最大ip跟踪数
net.nf_conntrack_max = 655360
#表示当keepalive起用的时候，TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时，改为2分钟。
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established = 120

# 允许系统打开的端口范围，扩大端口数
net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65535

# 用来限制监听(LISTEN)队列最大数据包的数量，超过这个数量就会导致链接超时或者触发重传机制，
net.core.somaxconn = 65535
# 每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。
net.core.netdev_max_backlog = 262144

# TIME_WAIT相关
# TIME_WAIT 最高的队列数
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 262144
# timeout状态时间
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 15
# 开启时就是同一个源IP来连接同一个目的端口的数据包时间戳必须是递增的，否则就丢弃
net.ipv4.tcp_timestamps = 1
# 开启重用。允许将TIME-WAIT sockets 重新用于新的TCP 连接。
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
# 是否启用timewait 快速回收。如果服务器身处NAT环境，tcp_timestamps为1，安全起见，要禁止
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0

net.ipv4.ip_conntrack_max = 10240

# 系统中最多有多少个TCP 套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这个数字，孤儿连接将即刻被复位并打印出警告信息。
net.ipv4.tcp_max_orphans = 262144
# 是指定所能接受SYN同步包的最大客户端数量。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144
# 为了打开对端的连接，内核需要发送一个SYN，以确认收到上一个 SYN连接请求包。也就是所谓三次握手中的第二次握手。
# 这个设置决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK 包的数量。
net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
# 对于一个新建连接，内核要发送多少个 SYN 连接请求才决定放弃，测试感觉两个更稳定
net.ipv4.tcp_syn_retries = 2
# 开启SYN Cookies，当出现SYN 等待队列溢出时，启用cookies 来处理，目的是为了防止syn flood攻击。合法用户的高负载应该调整tcp_max_syn_backlog、tcp_synack_retries属性，
net.ipv4.tcp_syncookies = 0

使得配置生效

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sysctl -p

跟TIME_WAIT有关的配置

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# TIME_WAIT 最高的队列数
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 262144

调整次参数的同时，要调整TIME_WAIT_2到TIME_WAIT的超时时间，默认是60s，优化到30s：

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# TIME_WAIT_2到TIME_WAIT的超时时间
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

其它TCP本身的配合参数类似与synack重传次数、syn重传次数等以后介绍，优化后也是有所益处的。

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# 开启时就是同一个源IP来连接同一个目的端口的数据包时间戳必须是递增的，否则就丢弃
net.ipv4.tcp_timestamps = 1
# 开启重用。允许将TIME-WAIT sockets 重新用于新的TCP 连接。
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

机器作为客户端时起作用，开启后time_wait在一秒内回收

不要开启，现在互联网NAT结构很多，可能直接无法三次握手

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# 不要开启，现在互联网NAT结构很多，可能直接无法三次握手
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0

Nginx连接数

查看连接数

查看Nginx并发连接数

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netstat -apn|grep 'nginx: worker'|wc -l

CPU相关信息查看

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# 逻辑CPU个数：
cat /proc/cpuinfo | grep "processor" | wc -l

# 物理CPU个数：
cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniq | wc -l

# 每个物理CPU中Core的个数：
cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" | wc -l

配置连接数

Nginx总并发连接数 = worker数量 * worker_connections

一般建立连接的角度：客户并发连接为1.

nginx作为http服务器的时候：

max_clients = worker_processes * worker_connections

nginx作为反向代理服务器的时候：

max_clients = worker_processes * worker_connections/2

nginx做反向代理时，和客户端之间保持一个连接，和后端服务器保持一个连接。

但是怎样合理的设置worker_processes与worker_connections这两个参数？

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user nginx;

worker_processes  auto;
worker_rlimit_nofile 256000;

events {
        use epoll;
        worker_connections 65535;
        multi_accept on;
}

http {
    
}

根节点配置

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worker_processes  auto;
worker_rlimit_nofile 65535;
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

worker_processes

worker角色的进程个数（nginx启动后有多少个worker处理http请求。master不处理请求，而是根据相应配置文件信息管理worker进程. master进程主要负责对外揽活（即接收客户端的请求），并将活儿合理的分配给多个worker，每个worker进程主要负责干活（处理请求））。

nginx运行工作进程个数，一般设置cpu的核心或者核心数x2，如：worker_processes 4;

可以设置为auto，auto这个参数值是从nginx 1.3.8和nginx 1.2.5 开始进行支持的，自动参数可以自动检测 cpu cores 并设置 worker_processes 参数 。

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worker_processes  auto;

worker_processes最多开启8个，8个以上性能就不会再提升了，而且稳定性会变的更低，因此8个进程够用了。

查看nginx当前进程数：

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ps -aux | grep nginx |grep -v grep

worker_rlimit_nofile

Nginx最多可以打开文件数，与ulimit -n保持一致，如：worker_rlimit_nofile 65535;

为nginx工作进程改变打开最多文件描述符数目的限制。用来在不重启主进程的情况下增加限制。

worker_cpu_affinity

运行CPU亲和力，与worker_processes对应，如：worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

2核cpu，开启2个进程

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worker_processes     2;
worker_cpu_affinity 01 10;

解释：01表示启用第一个CPU内核，10表示启用第二个CPU内核
worker_cpu_affinity 01 10;表示开启两个进程，第一个进程对应着第一个CPU内核，第二个进程对应着第二个CPU内核。

2核cpu，开启4个进程

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worker_processes     4;
worker_cpu_affinity 01 10 01 10;

解释：开启了四个进程，它们分别对应着开启2个CPU内核

4个cpu，开启4个进程

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worker_processes     4;
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

解释：0001表示启用第一个CPU内核，0010表示启用第二个CPU内核，依此类推

4核cpu，开启2个进程

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worker_processes     2;
worker_cpu_affinity 0101 1010;

解释：0101表示开启第一个和第三个内核，1010表示开启第二个和第四个内核；2个进程对应着四个内核；worker_cpu_affinity配置是写在/etc/nginx/nginx.conf里面的；2核是 01，四核是0001，8核是00000001，有多少个核，就有几位数，1表示该内核开启，0表示该内核关闭。

8核cpu，开启8个进程

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worker_processes     8;
worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000;

解释：0001表示启用第一个CPU内核，0010表示启用第二个CPU内核，依此类推；worker_processes最多开启8个，8个以上性能提升不会再提升了，而且稳定性变得更低，所以8个进程够用了。

配置完之后可以重启nginx，用ab工具或者wrk工具，可以进行性能测试。

在服务器上执行top，然后按1，就可以多个CPU工作情况，如果多个CPU内核的利用率差不多，就证明Nginx已经成功利用了多核CPU。

events

事件处理模型。

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events {
  use epoll;
  worker_connections 65535;
  multi_accept on;
}

use epoll：nginx采用epoll事件模型，处理效率高
work_connections：是单个worker进程允许客户端最大连接数，这个数值一般根据服务器性能和内存来制定，实际最大值就是worker进程数乘以work_connections，实际我们填入一个65535，足够了，这些都算并发值，一个网站的并发达到这么大的数量，也算一个大站了！
multi_accept ：告诉nginx收到一个新连接通知后接受尽可能多的连接，默认是on，设置为on后，多个worker按串行方式来处理连接，也就是一个连接只有一个worker被唤醒，其他的处于休眠状态，设置为off后，多个worker按并行方式来处理连接，也就是一个连接会唤醒所有的worker，直到连接分配完毕，没有取得连接的继续休眠。当你的服务器连接数不多时，开启这个参数会让负载有一定的降低，但是当服务器的吞吐量很大时，为了效率，可以关闭这个参数。

重启

检查配置文件是否可用

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nginx -t

重新加载配置文件

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service nginx reload

或者重启

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service nginx restart

进程信息

查看进程连接数

总连接数

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ps -ef |wc -l

查询用户的连接数统计

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ps -ef |awk '{print $1}' |sort |uniq -c |sort -rn

查看某个进程连接数：

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lsof -i:8|wc -l
lsof -p 12345|wc -l

其中

-p:对应进程的PID

-i:对应进程的端口号

或者使用下面命令也能获取到

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netstat -nat|grep -i 8018|wc -l

查看进程的线程数

物理内存决定的系统进程数上限

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cat /proc/sys/kernel/threads-max

系统的进程或线程限制数

这个值表示进程ID的上限。为了兼容旧版，默认为32768（即两个字节）

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cat /proc/sys/kernel/pid_max

用户最大进程或线程数

使用命令:

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ulimit -u

ps -ef只打印进程，而ps -eLf会打印所有的线程

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ps -eLf | grep java

ps -eLf各字段含义

  • UID：用户ID

  • PID：process id 进程id

  • PPID: parent process id 父进程id

  • LWP：表示这是个线程；要么是主线程(进程)，要么是线程

  • NLWP: num of light weight process 轻量级进程数量，即线程数量

  • STIME: start time 启动时间

  • TIME: 占用的CPU总时间

  • TTY：该进程是在哪个终端运行的;pts/0255代表虚拟终端，一般是远程连接的终端;tty1tty7 代表本地控制台终端

  • CMD：进程的启动命令

查看pid

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lsof -i:8018

假如pid为26281

查询线程

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top -H -p ${pid}
# 或者 
top -p ${pid} #然后 shitf + H

查询线程数量

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cat /proc/${pid}/status

获取线程的PID

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ls /proc/${pid}/task

树状显示线程

1
pstree -p ${pid}

列表显示线程

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ps -hH -p ${pid}

进程命令数

查询进程正在运行的命令数

1
lsof |awk '{print $1}' |sort |uniq -c |sort -rn