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2015
07-29

摆弄100万并发连接服务器记录之处理端口数量受限问题

第二个遇到的问题:端口数量受限

一般来说,单独对外提供请求的服务不用考虑端口数量问题,监听某一个端口即可。但是向提供代理服务器,就不得不考虑端口数量受限问题了。当前的1M并发连接测试,也需要在客户端突破6万可用端口的限制。

单机端口上限为65536

端口为16进制,那么2的16次方值为65536,在linux系统里面,1024以下端口都是超级管理员用户(如root)才可以使用,普通用户只能使用大于1024的端口值。
系统提供了默认的端口范围:

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cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
32768    61000

大概也就是共61000-32768=28232个端口可以使用,单个IP对外只能发送28232个TCP请求。
以管理员身份,把端口的范围区间增到最大:

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echo "1024 65535"> /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
 
现在有64511个端口可用.
以上做法只是临时,系统下次重启,会还原。 更为稳妥的做法是修改/etc/sysctl.conf文件,增加一行内容
 
net.ipv4.ip_local_port_range= 1024 65535
 
保存,然后使之生效:
 
sysctl -p

现在可以使用的端口达到64510个(假设系统所有运行的服务器是没有占用大于1024的端口的,较为纯净的centos系统可以做到),要想达到50万请求,还得再想办法。

增加IP地址

一般假设本机网卡名称为 eth0,那么手动再添加几个虚拟的IP:

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ifconfig eth0:1 192.168.190.151
ifconfig eth0:2 192.168.190.152 ......
 
或者偷懒一些:
 
for i in `seq 1 9`; do ifconfig eth0:$i 192.168.190.15$i up ; done
 
这些虚拟的IP地址,一旦重启,或者 service network restart 就会丢失。
 
为了模拟较为真实环境,在测试端,手动再次添加9个vmware虚拟机网卡,每一个网卡固定一个IP地址,这样省去每次重启都要重新设置的麻烦。
 
192.168.190.134
192.168.190.143
192.168.190.144
192.168.190.145
192.168.190.146
192.168.190.147
192.168.190.148
192.168.190.149
192.168.190.150
192.168.190.151
 
在server服务器端,手动添加桥接网卡和NAT方式网卡
 
192.168.190.230
192.168.190.240
10.95.20.250

要求测试端和服务器端彼此双方都是可以ping通。

网络四元组/网络五元组

四元组是指的是

{源IP地址,源端口,目的IP地址,目的端口}

五元组指的是(多了协议)

{源IP地址,目的IP地址,协议号,源端口,目的端口}

在《UNIX网络编程卷1:套接字联网API(第3版)》一书中,是这样解释:
一个TCP连接的套接字对(socket pari)是一个定义该连接的两个端点的四元组,即本地IP地址、本地TCP端口号、外地IP地址、外地TCP端口号。套接字对唯一标识一个网络上的每个TCP连接。

……

标识每个端点的两个值(IP地址和端口号)通常称为一个套接字。
以下以四元组为准。在测试端四元组可以这样认为:

{本机IP地址,本机端口,目的IP地址,目的端口}

请求的IP地址和目的端口基本上是固定的,不会变化,那么只能从本机IP地址和本机端口上考虑,端口的范围一旦指定了,那么增加IP地址,可以增加对外发出的请求数量。假设系统可以使用的端口范围已经如上所设,那么可以使用的大致端口为64000个,系统添加了10个IP地址,那么可以对外发出的数量为 64000 * 10 = 640000,数量很可观。

只有{源IP地址,源端口}确定对外TCP请求数量

经测试,四元组里面,只有{源IP地址,源端口}才能够确定对外发出请求的数量,跟{目的IP地址,目的端口}无关。

测试环境

在server端,并且启动./server两次,分别绑定8000端口和9000端口

./server -p 8000
./server -p 9000
本机IP、端口绑定测试程序

这里写一个简单的测试绑定本机IP地址和指定端口的客户端测试程序。
可以看到libevent-*/include/event2/http.h内置了对绑定本地IP地址的支持:

/** sets the ip address from which http connections are made */
void evhttp_connection_set_local_address(struct evhttp_connection *evcon,
const char *address);
不用担心端口,系统自动自动随机挑选,除非需要特别指定:

/** sets the local port from which http connections are made */
void evhttp_connection_set_local_port(struct evhttp_connection *evcon,
ev_uint16_t port);
编译

gcc -o client3 client3.c -levent
client3运行参数为

-h 远程主机IP地址
-p 远程主机端口
-c 本机指定的IP地址(必须可用)
-o 本机指定的端口(必须可用)
测试用例,本机指定同样的IP地址和端口,但远程主机和IP不一样.
在一个测试端打开一个终端窗口1,切换到 client3对应位置

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./client3 -h 192.168.190.230 -p 8000 -c 192.168.190.148 -o 4000
输出为
 
remote host is 192.168.190.230
remote port is 8000
local ip is 192.168.190.148
local port is 4000
>Chunks: 1 Bytes: 505
再打开一个测试端终端窗口2,执行:
 
./client3 -h 192.168.190.240 -p 9000 -c 192.168.190.148 -o 4000
窗口2程序,无法执行,自动退出。
接着在窗口2终端继续输入:
 
./client3 -h 192.168.190.230 -p 8000 -c 192.168.190.148 -o 4001

注意,和窗口1相比,仅仅改变了端口号为4001。但执行结果,和端口1输出一模一样,在等待接收数据,没有自动退出。

剩下的,无论怎么组合,怎么折腾,只要一对{本机IP,本机端口}被占用,也就意味着对应一个具体的文件句柄,那么其它程序将不能够再次使用。

Java怎么绑定本地IP地址?

java绑定就很简单,但有些限制,不够灵活,单纯从源码中看不出来,api doc可以告诉我们一些事情。 打开JDKAPI1_6zhCN.CHM,查看InetSocketAddress类的构造函数说明:

public InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)
根据 IP 地址和端口号创建套接字地址。 有效端口值介于 0 和 65535 之间。端口号 zero 允许系统在 bind 操作中挑选暂时的端口。

null 地址将分配通配符 地址。

参数:
addr – IP 地址
port – 端口号
抛出:
IllegalArgumentException – 如果 port 参数超出有效端口值的指定范围。

public InetSocketAddress(String hostname, int port)
根据主机名和端口号创建套接字地址。
尝试将主机名解析为 InetAddress。如果尝试失败,则将地址标记为未解析。

如果存在安全管理器,则将主机名用作参数调用其 checkConnect 方法,以检查解析它的权限。这可能会导致 SecurityException 异常。

有效端口值介于 0 和 65535 之间。端口号 zero 允许系统在 bind 操作中挑选暂时的端口。

参数: hostname – 主机名
port – 端口号
抛出:
IllegalArgumentException – 如果 port 参数超出有效端口值的范围,或者主机名参数为 null。
SecurityException – 如果存在安全管理器,但拒绝解析主机名的权限。
另请参见:
isUnresolved()

InetSocketAddress的两个构造函数都支持,看情况使用。注意int port传递值为0,即可做到系统随机挑选端口。追踪一下源代码,发现最终调用

private native void socketBind(InetAddress address, int port) throws IOException;
如何查看socketBind的原始C代码,我就不清楚了,您若知晓,希望指教一下。 构造一个InetSocketAddress对象:

SocketAddress localSocketAddr = new InetSocketAddress(“192.168.190.143”, 0);
然后传递给需要位置即可。诸如使用netty连接到某个服务器上,在connect时指定远方地址,以及本机地址

ChannelFuture connect(SocketAddress remoteAddress, SocketAddress localAddress) Attempts a new connection with the specified remoteAddress and the specified localAddress.

Netty 客户端连接API见: http://docs.jboss.org/netty/3.2/api/org/jboss/netty/bootstrap/ClientBootstrap.html

Linux支持绑定本机IP、端口原理

说是原理,有些牵强,因为linux C提供了如何绑定函数,框架或者高级语言再怎么封装,在linux平台下面,需要这么调用:

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struct sockaddr_in clnt_addr;
....
clnt_addr.sin_family = AF_INET;
clnt_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //绑定本机IP地址
clnt_addr.sin_port = htons(33333); //绑定本机端口
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &clnt_addr,
sizeof(clnt_addr)) < 0) error("ERROR on binding");
if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0) error("ERROR connecting");
.......

构造一个clnt_addr结构体,本地IP或者端口赋值,在connect之前,先bind,就这么简单。

更完整例子,可以参考 http://stackoverflow.com/questions/4852256/need-a-complete-snippet-example-of-binding-tcp-client-socket

有关端口的更详细解释,请参考《UNIX网络编程卷1:套接字联网API(第3版)》2.9节 端口号部分。

最后编辑:
作者:saunix
大型互联网公司linux系统运维攻城狮,专门担当消防员

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