著名的 C10K 问题提出的时候, 正是 2001 年。这篇文章可以说是高性能服务器开发的一个标志性文档，它讨论的就是单机为1万个连接提供服务这个问题，当时因为硬件和软件的**，单机1万还是 一个非常值得挑战的目标。但是时光荏苒，随着硬件和软件的飞速发展，单机1万的目标已经变成了最简单不过的事情。现在用任何一种主流语言都能提供单机 1万的并发处理的能力。所以现在目标早已提高了100倍，变成C1000k，也就是一台服务器为100万连接提供服务。在2010年,2011年已经看到一些实现C1000K的文章了，所以在2015年，实现C1000K应该不是一件困难的事情。
本文是我在实践过程中的记录，我的目标是使用spran-websocket，netty, undertow和node.js四种框架分别实现C1000K的服务器，看看这几个框架实现的难以程度，性能如何。开发语言为Scala和Javascript。
当然，谈起性能，我们还必须谈到每秒每个连接有多少个请求，也就是RPS数，还要考虑每条消息的大小。 一般来说，我们会选取一个百分比，比如每秒20%的连接会收发消息。我的需求是服务器只是push,客户端不会主动发送消息。 一般每一分钟会为这一百万群发一条消息。 所以实现的测试工具每个client建立60000个websocket连接，一共二十个client。实际不可能使用20台机器，我使用了两台AWS C3.2xlarge(8核16G)服务器作为客户端机。每台机器10个客户端。 服务器每1分钟群发一条消息。消息内容很简单，只是服务器的当天时间。
最近看到360用Go实现的消息推送系统，下面是他们的数据：
目前360消息推送系统服务于50+内部产品，万款开发平台App，实时长连接数亿量级，日独数十亿量级，1分钟内可以实现亿量级广播，日下发峰值百亿量级，400台物理机，3000多个实例分布在9个独立集群中，每个集群跨国内外近10个IDC。
四个服务器的代码和Client测试工具代码可以在github上下载。 (其实不止四种框架了，现在包括Netty, Undertow, Jetty, Spray-websocket, Vert.x, Grizzly 和 Node.js 七种框架的实现)
测试下来可以看到每种服务器都能轻松达到同时120万的websocket活动连接，只是资源占用和事务处理时间有差别。120万只是保守数据，在这么多连接情况下服务器依然很轻松，下一步我会进行C2000K的测试。
在测试之前我们需要对服务器/客户机的一些参数进行调优。
服务器的参数调优
一般会修改两个文件，/etc/sysctl.conf和/etc/security/limits.conf， 用来配置TCP/IP参数和最大文件描述符。
TCP/IP参数配置
修改文件/etc/sysctl.conf,配置网络参数。
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net.ipv4.
tcp_wmem = 4096 87380 4161536
net.ipv4.
tcp_rmem = 4096 87380 4161536
net.ipv4.
tcp_mem = 786432 2097152 3145728
数值根据需求进行调整。更多的参数可以看以前整理的一篇文章: Linux TCP/IP 协议栈调优 。 执行/sbin/sysctl -p即时生效。
最大文件描述符
Linux内核本身有文件描述符最大值的**，你可以根据需要更改：
- 系统最大打开文件描述符数：/proc/sys/fs/file-max
- 临时性设置：
echo 1000000 > /proc/sys/fs/file-max - 永久设置：修改
/etc/sysctl.conf文件，增加fs.file-max = 1000000
- 进程最大打开文件描述符数 使用
ulimit -n查看当前设置。使用ulimit -n 1000000进行临时性设置。 要想永久生效，你可以修改/etc/security/limits.conf文件，增加下面的行：
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* hard nofile 1000000
* soft nofile 1000000
root hard nofile 1000000
root soft nofile 1000000
还有一点要注意的就是hard limit不能大于/proc/sys/fs/nr_open，因此有时你也需要修改nr_open的值。 执行echo 2000000 > /proc/sys/fs/nr_open
查看当前系统使用的打开文件描述符数，可以使用下面的命令：
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[root@localhost ~]# cat
/proc/sys/fs/file-nr
1632 0 1513506
其中第一个数表示当前系统已分配使用的打开文件描述符数，第二个数为分配后已释放的（目前已不再使用），第三个数等于file-max。
总结一下：
- 所有进程打开的文件描述符数不能超过/proc/sys/fs/file-max
- 单个进程打开的文件描述符数不能超过user limit中nofile的soft limit
- nofile的soft limit不能超过其hard limit
- nofile的hard limit不能超过/proc/sys/fs/nr_open
应用运行时调优
- Java 应用内存调优 服务器使用12G内存，吞吐率优先的垃圾回收器：
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JAVA_OPTS="-Xms12G -Xmx12G -Xss1M -XX:+UseParallelGC"
- V8引擎
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node --nouse-idle-notification --expose-gc --
max-new-space-size=1024 --max-new-space-size=2048 --max-old-space-size=8192 ./webserver.js
OutOfMemory Killer
如果服务器本身内存不大，比如8G，在不到100万连接的情况下，你的服务器进程有可能出现"Killed"的问题。 运行dmesg可以看到
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Out of memory: Kill process 10375 (java) score 59 or sacrifice child
这是Linux的OOM Killer主动杀死的。 开启oom-killer的话，在/proc/pid下对每个进程都会多出3个与oom打分调节相关的文件。临时对某个进程可以忽略oom-killer可以使用下面的方式: echo -17 > /proc/$(pidof java)/oom_adj 解决办法有多种，可以参看文章最后的参考文章,最好是换一个内存更大的机器。
客户端的参数调优
在一台系统上，连接到一个远程服务时的本地端口是有限的。根据TCP/IP协议，由于端口是16位整数，也就只能是0到 65535，而0到1023是预留端口，所以能分配的端口只是1024到65534，也就是64511个。也就是说，一台机器一个IP只能创建六万多个长 连接。 要想达到更多的客户端连接，可以用更多的机器或者网卡，也可以使用虚拟IP来实现,比如下面的命令增加了19个IP地址，其中一个给服务器用，其它18个给client,这样 可以产生18 * 60000 = 1080000个连接。
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ifconfig eth0:0 192.168.77.10 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
1 192.168.77.11 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
2 192.168.77.12 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
3 192.168.77.13 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
4 192.168.77.14 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
5 192.168.77.15 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
6 192.168.77.16 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
7 192.168.77.17 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
8 192.168.77.18 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
9 192.168.77.19 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
10 192.168.77.20 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
11 192.168.77.21 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
12 192.168.77.22 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
13 192.168.77.23 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
14 192.168.77.24 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
15 192.168.77.25 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
16 192.168.77.26 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
17 192.168.77.27 netmask 255.255.255.0 up
ifconfig eth0:
18 192.168.77.28 netmask 255.255.255.0 up
修改/etc/sysctl.conf文件：
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net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535
执行/sbin/sysctl -p即时生效。
服务器测试
实际测试中我使用一台AWS C3.4xlarge (16 cores, 32G memory)作为应用服务器，两台AWS C3.2xlarge (8 cores, 16G memory)服务器作为客户端。 这两台机器作为测试客户端绰绰有余，每台客户端机器创建了十个内网虚拟IP, 每个IP创建60000个websocket连接。
客户端配置如下： /etc/sysctl.conf配置
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fs.
file-max = 2000000
fs.
nr_open = 2000000
net.ipv4.
ip_local_port_range = 1024 65535
/etc/security/limits.conf配置
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* soft nofile 2000000
* hard nofile 2000000
* soft nproc 2000000
* hard nproc 2000000
服务端配置如下： /etc/sysctl.conf配置
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fs.
file-max = 2000000
fs.
nr_open = 2000000
net.ipv4.
ip_local_port_range = 1024 65535
/etc/security/limits.conf配置
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5
* soft nofile 2000000
* hard nofile 2000000
* soft nproc 2000000
* hard nproc 2000000
Netty服务器
- 建立120万个连接，不发送消息，轻轻松松达到。内存还剩14G未用。
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[roocolobu ~]
# ss -s; free -m
Total: 1200231 (kernel 1200245)
TCP: 1200006 (estab 1200002, closed 0, orphaned 0, synrecv 0, timewait 0/0), ports 4
Transport Total IP IPv6
*
1200245 - -
RAW
0 0 0
UDP
1 1 0
TCP
1200006 1200006 0
INET
1200007 1200007 0
FRAG
0 0 0
total used free shared buffers cached
Mem: 30074 15432 14641 0 9 254
-/+ buffers/cache:
15167 14906
Swap: 815 0 815
- 每分钟给所有的120万个websocket发送一条消息，消息内容为当前的服务器的时间。这里发送显示是单线程发送，服务器发送完120万个总用时15秒左右。
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:15:43.307 [pool-1-thread-1] INFO com.colobu.webtest.netty.WebServer$ - send msg to channels for c4453a26-bca6-42b6-b29b-43653767f9fc
02
:15:57.190 [pool-1-thread-1] INFO com.colobu.webtest.netty.WebServer$ - sent 1200000 channels for c4453a26-bca6-42b6-b29b-43653767f9fc
发送时CPU使用率并不高，网络带宽占用基本在10M左右。
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----total-cpu-usage---- -dsk/total- -net/total- ---paging-- ---system--
usr sys idl wai hiq siq
| read writ| recv send| in out | int csw
0 0 100 0 0 0| 0 0 | 60B 540B| 0 0 | 224 440
0 0 100 0 0 0| 0 0 | 60B 870B| 0 0 | 192 382
0 0 100 0 0 0| 0 0 | 59k 74k| 0 0 |2306 2166
2 7 87 0 0 4| 0 0 |4998k 6134k| 0 0 | 169k 140k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |4996k 6132k| 0 0 | 174k 140k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |4972k 6102k| 0 0 | 176k 140k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5095k 6253k| 0 0 | 178k 142k
2 7 87 0 0 5| 0 0 |5238k 6428k| 0 0 | 179k 144k
1 7 87 0 0 5| 0 24k|4611k 5660k| 0 0 | 166k 129k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5083k 6238k| 0 0 | 175k 142k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5277k 6477k| 0 0 | 179k 146k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5297k 6500k| 0 0 | 179k 146k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5383k 6607k| 0 0 | 180k 148k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5504k 6756k| 0 0 | 184k 152k
1 7 87 0 0 5| 0 48k|5584k 6854k| 0 0 | 183k 152k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5585k 6855k| 0 0 | 183k 153k
1 7 87 0 0 5| 0 0 |5589k 6859k| 0 0 | 184k 153k
1 5 91 0 0 3| 0 0 |4073k 4999k| 0 0 | 135k 110k
0 0 100 0 0 0| 0 32k| 60B 390B| 0 0 |4822 424
客户端(一共20个，这里选取其中一个查看它的指标)。每个客户端保持6万个连接。每个消息从服务器发送到客户端接收到总用时平均633毫秒，而且标准差很小，每个连接用时差不多。
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Active WebSockets
for eb810c24-8565-43ea-bc27-9a0b2c910ca4
count = 60000
WebSocket Errors
for eb810c24-8565-43ea-bc27-9a0b2c910ca4
count = 0
-- Histograms ------------------------------------------------------------------
Message latency
for eb810c24-8565-43ea-bc27-9a0b2c910ca4
count = 693831
min = 627
max = 735
mean =
633.06
stddev =
9.61
median =
631.00
75%
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