Nginx 单机百万QPS环境搭建
Nginx 单机百万QPS环境搭建
一、背景
最近公司在做一些物联网产品，物物通信用的是MQTT协议，内部权限与内部关系等业务逻辑准备用HTTP实现。leader要求在本地测试中要模拟出百万用户同时在线的需求。虽然该产品最后不一定有这么多，但是既然要求到了就要模拟出来。MQTT用的是erlang的emqtt，这个已经有同事测试在本机可以百万用户在线了。不过HTTP服务器就一直很难。
所以这篇博客准备介绍如何在本地模拟一台支持百万qps的HTTP服务器。简单说一下，MQTT的百万在线是指支持百万TCP连接，连接后，只要保持心跳包就可以了，这个比较简单，一般稍微调整一下Linux一些系统参数就可以了。而HTTP的百万在线不一样。HTTP是发送一个连接请求后获得数据然后就关闭连接，百万并发就比较麻烦，而且这个概念用在这里不是很合适。现在比较通用的一种参考值是每秒处理的并发数。就是QPS。(这一点就很多人不理解。包括我leader，这个要在接下来慢慢解释给他听)
二、准备
我以前也没有搞过高并发的网络，最近看了一些博客文章，准备用一个最简单的模型来实现这个百万QPS的模拟。后台我是用Java写的，Tomcat服务器。这种带业务的请求，单机绝对不可能到达百万QPS(1m-qps)。网上所说的1m-qps测试环境是一个静态的网页来测试的。既然带业务的http单机不能达到要求，那就需要用到集群了。就我目前所学到的知识，基本就只会搭建下面如图所示的集群架构了。
一台性能比较好的机器按照nginx作为负载均衡，剩下的一些普通的机器就在后面。数据库目前只用到一个，后续如何优化和扩展不在本次讨论。
如果使用上面的架构，出去数据库后，整个HTTP的性能瓶颈就在最前面的Nginx负载均衡上了。其他的HTTP-jsp-tomcat机器如果性能不够，可以通过多加几台机器进行水平扩展。而最前面的Nginx就不行了。所以本次所要测试的就是如何让nginx支持1m-qps，并且机器正常工作。nginx只是做数据转发而已。
硬件：服务器88核、128G内存
软件：Debian 8， Nginx 1.11， wrk压力测试工具
三、操作
1. 首先设置一些Linux系统参数 在/etc/sysctl.conf 中增加如下配置
1 vm.swappiness = 0 2 net.ipv4.neigh.default.gc_stale_time=120 3 net.ipv4.conf.all.rp_filter=0 4 net.ipv4.conf.default.rp_filter=0 5 net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2 6 net.ipv4.conf.all.arp_announce=2 7 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 100 8 net.ipv4.tcp_syncookies = 0 9 net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 3240000 10 net.ipv4.tcp_window_scaling = 1 11 #net.ipv4.tcp_keepalive_time = 60 12 net.ipv4.tcp_synack_retries = 2 13 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1 14 net.ipv6.conf.default.disable_ipv6 = 1 15 net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6 = 1 16 net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2 17 fs.file-max = 40000500 18 fs.nr_open = 40000500 19 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 20 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 21 net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1 22 net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 15 23 net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3 24 25 net.ipv4.tcp_fin_timeout = 5 26 net.ipv4.tcp_mem = 768432 2097152 15242880 27 net.ipv4.tcp_rmem = 4096 4096 33554432 28 net.ipv4.tcp_wmem = 4096 4096 33554432 29 net.core.somaxconn = 6553600 30 net.ipv4.ip_local_port_range = 2048 64500 31 net.core.wmem_default = 183888608 32 net.core.rmem_default = 183888608 33 net.core.rmem_max = 33554432 34 net.core.wmem_max = 33554432 35 net.core.netdev_max_backlog = 2621244 36 kernel.sem=250 65536 100 2048 37 kernel.shmmni = 655360 38 kernel.shmmax = 34359738368 39 kerntl.shmall = 4194304 40 kernel.msgmni = 65535 41 kernel.msgmax = 65536 42 kernel.msgmnb = 65536 43 44 net.netfilter.nf_conntrack_max=1000000 45 net.nf_conntrack_max=1000000 46 net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_max=1000000 47 kernel.perf_cpu_time_max_percent=60 48 kernel.perf_event_max_sample_rate=6250 49 50 net.ipv4.tcp_max_orphans=1048576 51 kernel.sched_migration_cost_ns=5000000 52 net.core.optmem_max = 25165824 53 54 kernel.sem=10000 2560000 10000 256
还有在命令行中输入 ulimit -n 20000500
上面的所有参数，这里就不多讲了，具体想要了解的可以上网找资料
2.Nginx 安装 及其配置
nginx用最简单的apt-get 也可以，用源码按照也可以。没有什么特殊要求。下面的配置就有点要求了。 $NGINX/conf/nginx.conf (/etc/nginx/conf/nginx.conf)
1 worker_processes 88; #这个根据硬件有多少核CPU而定
2 pid logs/nginx.pid;
3
4 events {
5 worker_connections 1024;
6 }
7
8 http {
9 include mime.types;
10 default_type application/octet-stream;
11 sendfile on;
12 tcp_nopush on;
13
14 keepalive_timeout 65;
15
16 gzip off;
17 access_log off; #日志功能要关闭
18
19 server {
20 listen 888 backlog=168888;
21 server_name localhost;
22 root /dev/shm/;
23 }
24
25 }
上面这个是最简单的配置，具体的Nginx还有很多可以调优的，还有nginx负载均衡配置，请参考我的另外一片博客<Nginx + Tomcat 动静分离实现负载均衡 http://www.cnblogs.com/wunaozai/p/5001742.html>
View Code
3. 创建一个简单的html文件
看到 root /dev/shm/ 了吗， 这个就是http服务器根目录了。 echo "a" > /dev/shm/a.html
4. 安装wrk
git clone https://github.com/wg/wrk.git 然后 make
四、运行
启动nginx
启动wrk 进行并发请求测试
./wrk -t88 -c10000 -d20s "http://127.0.0.1:888/a.html"
top结果图
wrk 结果图
基本在120万QPS。nginx设置一些调优参数，加上如果不在本机上运行wrk的话，150万QPS基本是没有问题的。
五、要达到1m-qps需要注意
Linux 参数一定要进行调整 (坑: 这个坑是比较小的，基本提到高并发Linux，就会有提到要修改这些参数了)
Nginx 里 access_log off; 日志功能一定要关闭 (坑: 这个影响还是比较大的，由于Nginx日志是写在磁盘的，而我服务器的磁盘是普通的磁盘，所以这里会成为磁盘IO瓶颈，所以一开始用最简单的配置，然后根据硬件的不同修改参数。有些参数在其他机器很快，在我的机器就很慢)
测试并发工具最好用我上面的wrk进行测试 (坑: 一开始用apache的ab进行测试，后面发现ab测试高性能时不行，最后使用wrk工具)
最好在本机测试wrk (坑: 从上面的wrk图可以看到，传输的数据在每秒262MB左右，普通的100M网卡是远远达不到的。虽然我的a.html只有一个字节，但是http头部信息太多了。这里还有一个小坑，就是我的服务器是有千兆网卡的，但是我用另外一台测试机也是千兆网卡，但是中间的交换机或者路由器或者网线都达不到要求，所以这里会成为网络瓶颈)
上面那几个就是我遇到的坑了，特别是最后两个，一度还怀疑nginx性能问题。因为网上很多评测都说Nginx做代理可以达到百万QPS，我总是测试不到，基本在2~3万QPS而已。最后发现是测试工具和网卡原因。
六、最后多说两句
其实整个安装搭建测试环境都比较简单，这篇博客最主要的点还是最后的几点注意，由于以前没有搞过这方面，所以没有经验，这里记录下来，以后提醒自己。前端的负载均衡器保证没有问题后，接下来的问题是后面的HTTP服务集群了。我现在的Java功能后台一台普通的服务器(Tomcat)就只能支持一万多的简单请求(因为jvm和web框架等种种原因)，然后如果是那种需要简单查询数据库的功能API就只有2~3K的QPS，最后那些需要事务操作的一台服务器仅仅只能支持120~150QPS。第一个还好，通过加机器就可以水平扩展，但是后面那两个跟数据库相关的就比较麻烦了，各种新的名词(NoSQL、缓存、读写分离、分库分表、索引、优化SQL语句等)都来了。能力有限，后续要学的东西太多了。
---- 2016-11-22 19:27:18 增加-----
单机进行测试的时候好多配置都没有用到，原因是，所有的请求和应答基本都是在内存处理的，没有创建socket连接，没有经过网卡网线路由器交换机等。这两天测试发现经过nginx代理后连接并发数上不去，查了一天，发现问题是nginx的keepalive参数没有打开。这个参数没有打开的话， 会造成每次代理，都会创建一个http-socket，处理完就关闭，这样会比较占用资源，同时连接数上不去。加上keepalive参数后，外网的N个并发请求就可以通过一条socket发送多次请求。(这个描述比较不清楚, 如果对http1.0 http1.1 http2.0 里面的关于HTTP协议连接问题了解的话， 上面的描述就不难理解。)
集群的upstream设置为
1 # 这里要设置keepalive 表示本机与后端机器的连接数
2 # 同时这里还有一些其他设置，如权重，负载类型等
3 upstream wunaozai.cnblogs.com {
4 server 192.168.25.106:888;
5 server 192.168.25.100:888;
6 server 192.168.9.201:888;
7 keepalive 1000;
8 }
server代理设置为
1 server {
2 listen 88 backlog=168888;
3 server_name localhost2;
4 location ~ .*$ {
5 index index;
6 proxy_pass http://wunaozai.cnblogs.com;
7 proxy_set_header Connection "keep-alive";
8 proxy_http_version 1.1;
9 proxy_ignore_client_abort on;
10 #下面的timeout跟自己的业务相关设置对应的timeout
11 proxy_connect_timeout 600;
12 proxy_read_timeout 600;
13 proxy_send_timeout 600;
14 }
15 }
