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  • Redis 网络通信及连接机制学习

    看了这篇文章

    http://blog.nosqlfan.com/html/4153.html

    本文所述内容基于 Redis2.6 及以上版本。

    注:在客户端通过 info 命令可以查看服务器版本信息,以及很多其他信息。

    > info
    # Server
    redis_version:3.2.3

    主要介绍了 Redis 处理客户端连接的一些内部实现机制,包括连接处理、超时、缓冲区等一系列内容。

    连接的建立

    Redis 通过监听一个 TCP 端口或者 Unix socket 的方式来接收来自客户端的连接,当一个连接建立后,Redis 内部会进行以下一些操作:

    首先,客户端 socket 会被设置为非阻塞模式,因为 Redis 在网络事件处理上采用的是非阻塞多路复用模型。
    然后为这个socket 设置 TCP_NODELAY 属性,禁用 Nagle 算法
    然后创建一个 readable 的文件事件用于监听这个客户端 socket 的数据发送

    上面提到了Nagle算法,看这里基本就可以了 (http://baike.baidu.com/view/2468335.htm)

    Nagle算法就是为了尽可能发送大块数据,避免网络中充斥着许多小数据块。
    
    Nagle算法的基本定义是任意时刻,最多只能有一个未被确认的小段。 所谓“小段”,指的是小于MSS尺寸的数据块,
    所谓“未被确认”,是指一个数据块发送出去后,没有收到对方发送的ACK确认该数据已收到。 Nagle算法只允许一个未被ACK的包存在于网络,它并不管包的大小,因此它事实上就是一个扩展的停
    -等协议,只不过它是基于包停-等的,而不是基于字节停-等的。 TCP_NODELAY 选项 默认情况下,发送数据采用Nagle 算法。这样虽然提高了网络吞吐量,但是实时性却降低了,在一些交互性很强的应用程序来说是不允许的,
    使用TCP_NODELAY选项可以禁止Nagle 算法。 因为Nagle有时候会很慢: 因为TCP
    /IP中不仅仅有nagle算法,还有一个TCP确认延迟机制 。当Server端收到数据之后,它并不会马上向client端发送ACK,
    而是会将ACK的发送延迟一段时间(假设为t),它希望在t时间内server端会向client端发送应答数据,这样ACK就能够和应答数据一起发送,
    就像是应答数据捎带着ACK过去。 TCP_CORK 选项 所谓的CORK就是塞子的意思,形象地理解就是用CORK将连接塞住,使得数据先不发出去,等到拔去塞子后再发出去。
    设置该选项后,内核会尽力把小数据包拼接成一个大的数据包(一个MTU)再发送出去,当然若一定时间后(一般为200ms,该值尚待确认),
    内核仍然没有组合成一个MTU时也必须发送现有的数据。 Nagle算法与CORK算法区别 Nagle算法关心的是网络拥塞问题,只要所有的ACK回来则发包。避免网络因为太多的小包(协议头的比例非常大)而拥塞(其实就是避免太多包,它不关注包的大小)。 而CORK算法则是为了提高网络的利用率,使得总体上协议头占用的比例尽可能的小(它关注包的大小,希望把小包凑成大的包)。 它们的着眼点不一样。 在用户控制的层面上,Nagle算法完全不受用户socket的控制,你只能简单的设置TCP_NODELAY而禁用它,
    CORK算法同样也是通过设置或者清除TCP_CORK使能或者禁用之。

    然后检查最大连接数:

    当客户端连接被初始化后,Redis会查看目前的连接数,然后对比配置好的 maxclients 值,如果目前连接数已经达到最大连接数 maxclients 了,
    那么说明这个连接不能再接收,Redis 会直接返回客户端一个连接错误,并马上关闭掉这个连接。

    注:先建立连接,后检查,然后再断开。提高了并发量。

    服务端处理顺序

    如果有多个客户端连接上 Redis,并且都向 Redis 发送命令,那么 Redis 服务端会先处理哪个客户端的请求呢?
    
    答案其实并不确定,主要与两个因素有关,
    一是客户端对应的 socket 对应的数字的大小,
    二是 kernal 报告各个客户端事件的先后顺序。

    Redis 处理一个客户端传来数据的步骤如下:

    它对触发事件的 socket 调用一次 read(),只读一次(而不是把这个 socket 上的消息读完为止),是为了防止由于某个别客户端持续发送太多命令,
    导致其它客户端的请求长时间得不到处理的情况。
    当然,当这一次 read()调用完成后,它里面无论包含多少个命令,都会被一次性顺序地执行。这样就保证了对各个客户端命令的公平对待。

    关于最大连接数 maxclients

    在 Redis2.4 中,最大连接数是被直接硬编码在代码里面的,
    而在2.6版本中这个值变成可配置的。
    maxclients 的默认值是 10000,你也可以在 redis.conf 中对这个值进行修改。

    Redis 还会照顾到系统本身对进程使用的文件描述符数量的限制。在启动时 Redis 会检查系统的 soft limit,以查看打开文件描述符的个数上限。

    如果系统设置的数字,小于咱们希望的最大连接数加32,那么这个 maxclients 的设置将不起作用,Redis 会按系统要求的来设置这个值。
    (加32是因为 Redis 内部会使用最多32个文件描述符,所以连接能使用的相当于所有能用的描述符号减32)。

    当上面说的这种情况发生时(maxclients 设置后不起作用的情况),Redis 的启动过程中将会有相应的日志记录。

    --maxclients 100000 [41422] 23 Jan 11:28:33.179 # Unable to set the max number of files limit to 100032 (Invalid argument), 
    setting the max clients configuration to 10112.

    修改soft limit

    ulimit -Sn 100000 # This will only work if hard limit is big enough.
    sysctl -w fs.file-max=100000

     

    输出缓冲区大小限制

    可能是一个简单的命令,能够产生体积庞大的返回数据。
    
    另外也有可能因为执行命令太多,产生的返回数据的速率超过了往客户端发送的速率,这时也会产生消息堆积,
    从而造成输出缓冲区越来越大,占用过多内存,甚至导致系统崩溃。

    所以 Redis 设置了一些保护机制来避免这种情况的出现,这些机制作用于不同种类的客户端,有不同的输出缓冲区大小限制,限制方式有两种:

    一种是大小限制,当某一个客户端的缓冲区超过某一大小时,直接关闭掉这个客户端连接
    另一种是当某一个客户端的缓冲区持续一段时间占用空间过大时,也直接关闭掉客户端连接

    对于不同客户端的策略如下:

    对普通客户端来说,限制为0,也就是不限制,因为普通客户端通常采用阻塞式的消息应答模式,如:发送请求,等待返回,再发请求,再等待返回。
    这种模式通常不会导致输出缓冲区的堆积膨胀。
    对于 Pub
    /Sub 客户端来说,大小限制是32m,当输出缓冲区超过32m时,会关闭连接。持续性限制是,当客户端缓冲区大小持续60秒超过8m,也会导致连接关闭。
    而对于 Slave 客户端来说,大小限制是256m,持续性限制是当客户端缓冲区大小持续60秒超过64m时,关闭连接。

    这样也学习到了,Redis的客户端分为三种:普通客户端、Pub/Sub客户端、Slave客户端。

    输入缓冲区大小限制

    比较暴力,当客户端传输的请求大小超过1G时,服务端会直接关闭连接。
    
    这种方式可以有效防止一些客户端或服务端 bug 导致的输入缓冲区过大的问题。

     

    Client 超时

    对当前的 Redis 版本来说,服务端默认是不会关闭长期空闲的客户端的。但是你可以修改默认配置来设置你希望的超时时间。
    比如客户端超过多长时间无交互,就直接关闭。同理,这也可以通过 CONFIG SET 命令或者修改 redis.conf 文件来配置。
    值得注意的是,超时时间的设置,只对普通客户端起作用,对 Pub
    /Sub 客户端来说,长期空闲状态是正常的
    另外,实际的超时时间可能不会像设定的那样精确,这是因为 Redis 并不会采用计时器或者轮训遍历的方法来检测客户端超时,而是通过一种渐近式的方式来完成,
    每次检查一部分。所以导致的结果就是,可能你设置的超时时间是10s,但是真实执行的时间是超时12s后客户端才被关闭。

    CLIENT 命令

    其实说的是和CLIENT连接相关的命令。Redis 的 CLIENT 命令能够实现三种功能:检查连接的状态,杀掉某个连接以及为连接设置名字。

    比如下面这条命令(实际实验):

    > client list
    id=2 addr=10.117.146.21:55330 fd=6 name= age=1759348 idle=0 flags=S db=0 sub=0 psub=0 multi=-1 qbuf=0 qbuf-free=0 obl=0 oll=0 omem=0 events=r cmd=replconf
    id=35 addr=10.117.146.21:19654 fd=5 name= age=1422 idle=0 flags=N db=0 sub=0 psub=0 multi=-1 qbuf=0 qbuf-free=32768 obl=0 oll=0 omem=0 events=r cmd=client

    如上面命令的输出可知,目前此 Redis 有两个客户端连接,每一行表示一个连接的各项信息:

    addr: 客户端的TCP地址,包括IP和端口
    fd: 客户端连接 socket 对应的文件描述符句柄号
    name: 连接的名字,默认为空,可以通过 CLIENT SETNAME 设置
    age: 客户端存活的秒数
    idle: 客户端空闲的秒数
    flags: 客户端的类型 (N 表示普通客户端,更多类型见 http://redis.io/commands/client-list)
    omem: 输出缓冲区的大小
    cmd: 最后执行的命令名称

    当你通过上面命令获取到客户端列表后,就可以通过 CLIENT KILL 命令来杀死指定的连接了。CLIENT KILL 的参数就是上面的 addr 值。

    如上面提到的 CLIENT SETNAME 和 CLIENT GETNAME 可以用来为一个连接设置一个名字。

    完。

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