C10K问题—高并发网络IO模型

C10K 问题

随着互联网的蓬勃发展，一个非常重要的问题摆在计算机工业界面前。这个问题就是如何使用最低的成本满足高性能和高并发的需求。这个问题在过去可能不是一个严重的问题，但是在 2000 年前后，互联网用户的人数井喷，如果说之前单机服务的用户数量还保持在一个比较低的水平，比如说只有上百个用户，那么在互联网逐渐普及的情况下，服务于成千上万个用户就将是非常普遍的情形，在这种情形下，如果还按照之前单机的玩法，成本就将超过人们想象，只有超级有钱的大玩家才可以继续下去。

于是，C10K 问题应运而生。C10K 问题是这样的：如何在一台物理机上同时服务 10000 个用户？这里 C 表示并发，10K 等于 10000。得益于操作系统、编程语言的发展，在现在的条件下，普通用户使用 Java Netty、Libevent 等框架或库就可以轻轻松松写出支持并发超过 10000 的服务器端程序，甚至于经过优化之后可以达到十万，乃至百万的并发，但在二十年前，突破 C10K 问题可费了不少的心思，是一个了不起的突破。

操作系统层面

C10K 问题本质上是一个操作系统问题，要在一台主机上同时支持 1 万个连接需要考虑以下方面：

文件句柄

首先我们知道每个客户连接都代表一个文件描述符，一旦文件描述符不够用了，新的连接就会被放弃，产生如下的错误：

Socket/File:Can't open so many files

在 Linux 下，单个进程打开的文件句柄数是有限制的，没有经过修改的值一般都是 1024。

$ulimit -n
1024

这意味着最多可以服务的连接数上限只能是 1024。不过，我们可以对这个值进行修改，比如用 root 权限修改 /etc/sysctl.conf 文件，使得系统可用支持 10000 个描述符上限。

fs.file-max = 10000
net.ipv4.ip_conntrack_max = 10000
net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_max = 10000

系统内存

每个 TCP 连接占用的资源可不止一个连接套接字这么简单，在前面的章节中，我们多少接触到了类似发送缓冲区、接收缓冲区这些概念。每个 TCP 连接都需要占用一定的发送缓冲区和接收缓冲区。

下面一段 shell 代码，分别显示了在 Linux 4.4.0 下发送缓冲区和接收缓冲区的值。

$cat   /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem
4096	16384	4194304
$ cat   /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem
4096	87380	6291456
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