100万并发连接服务器笔记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：

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：

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：

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。

#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/queue.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>
#include <event.h>
#include <evhttp.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>

#define BUFSIZE 4096
#define NUMCONNS 62000
#define SERVERADDR "192.168.190.133"
#define SERVERPORT 8000
#define SLEEP_MS 10

char buf[BUFSIZE];

int bytes_recvd = 0;
int chunks_recvd = 0;
int closed = 0;
int connected = 0;

void chunkcb(struct evhttp_request *req, void *arg) {
int s = evbuffer_remove( req->input_buffer, &buf, BUFSIZE );
bytes_recvd += s;
chunks_recvd++;
if (connected >= NUMCONNS && chunks_recvd % 10000 == 0)
printf(">Chunks: %d\tBytes: %d\tClosed: %d\n", chunks_recvd, bytes_recvd, closed);
}

void reqcb(struct evhttp_request *req, void *arg) {
closed++;
}

int main(int argc, char **argv) {
event_init();
struct evhttp *evhttp_connection;
struct evhttp_request *evhttp_request;
char path[32]; // eg: "/test/123"
int i;
for (i = 1; i <= NUMCONNS; i++) {
evhttp_connection = evhttp_connection_new(SERVERADDR, SERVERPORT);
evhttp_set_timeout(evhttp_connection, 864000); // 10 day timeout
evhttp_request = evhttp_request_new(reqcb, NULL);
evhttp_request->chunk_cb = chunkcb;
sprintf(&path, "/test/%d", ++connected);
if (i % 100 == 0)  printf("Req: %s\t->\t%s\n", SERVERADDR, &path);
evhttp_make_request( evhttp_connection, evhttp_request, EVHTTP_REQ_GET, path );
evhttp_connection_set_timeout(evhttp_request->evcon, 864000);
event_loop( EVLOOP_NONBLOCK );
if ( connected % 200 == 0 )
printf("\nChunks: %d\tBytes: %d\tClosed: %d\n", chunks_recvd, bytes_recvd, closed);
usleep(SLEEP_MS * 1000);
}

event_dispatch();
return 0;
}

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

./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：

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。

有关端口的问题，到此为止，下一篇，回到测试。