set fileencodings=utf-8,gb2312,gb18030,gbk,ucs-bom,cp936,latin1 set enc=utf8 set fencs=utf8,gbk,gb2312,gb18030

引言

之前测试mysqldump的导入，需要另外一台数据库，自己有一台CentOS 7系统的服务器。
于是需要在CentOS 7安装mysql，之前并没有怎么使用CentOS 7。而且CentOS 7下mysql下替换成MariaDB了（MariaDB是从MySQL fork过来的，和MySQL有很好的兼容性 ）。所以这里记录下。

CentOS 7下yum安装MariaDB

由于作为测试服务器使用，所以使用yum快速安装。如下：

yum install mariadb mariadb-server systemctl start mariadb   #启动mariadb systemctl enable mariadb  #设置开机自启动 mysql_secure_installation #设置root密码等相关 mysql -uroot -p           #测试登录

零拷贝介绍

1. 零拷贝是网络编程的关键, 很多性能优化都需要零拷贝。
2. 在 Java程序中, 常用的零拷贝方式有m(memory)map[内存映射] 和 sendFile。它们在OS中又是怎样的设计?
3. NIO中如何使用零拷贝?

NIO 与 传统IO对比

• 传统IO流程示意图

  

  • user context: 用户态
  • kernel context: 内核态
  • User space: 用户空间
  • Kernel space: 内核空间
  • Syscall read: 系统调用读取
  • Syscall write: 系统调用写入
  • Hard drive: 硬件驱动
  • kernel buffer: 内核态缓冲区
  • user buffer: 用户态缓冲区
  • socket buffer: 套接字缓存
  • protocol engine: 协议引擎
  • DMA: Direct Memory Access: 直接内存拷贝(不使用CPU)
  • 总结: 4次拷贝, 3次状态切换, 效率不高

• mmap优化流程示意图

  

  • mmap 通过内存映射, 将文件映射到内核缓冲区, 同时, 用户空间可以共享内核空间的数据。
  • 这样, 在进行网络传输时, 就可以减少内核空间到用户空间的拷贝次数。
  • 总结: 3次拷贝, 3次状态切换, 不是真正意义上的零拷贝。

• sendFile Linux2.1版本优化流程示意图

  

  • 数据根本不经过用户态, 直接从内核缓冲区进入到Socket Buffer, 同时, 由于和用户台完全无关, 就减少了一次上下文切换。
  • 但是仍然有一次CPU拷贝, 不是真正的零拷贝(没有CPU拷贝)。
  • 总结: 3次拷贝, 2次切换

• sendFile Linux

  

  • 避免了从内核缓冲区拷贝到Socket buffer的操作, 直接拷贝到协议栈, 从而再一次减少了数据拷贝。
  • 其实是有一次cpu拷贝的, kernel buffer -> socket buffer, 但是拷贝的信息很少, length, offset, 消耗低, 基本可以忽略。
  • 总结: 2次拷贝(如果忽略消耗低的cpu拷贝的话), 2次切换, 基本可以认为是零拷贝了。

零拷贝理解

• 零拷贝是从操作系统的角度来看的。内核缓冲区之间, 没有数据是重复的(只有kernel buffer有一份数据)。
• 零拷贝不仅仅带来更少的数据复制, 还能带来其他的性能优势: 如更少的上下文切换, 更少的 CPU 缓存伪共享以及无CPU校验和计算。

mmap 与 sendFile 总结

• mmap适合小数据两读写, sendFile适合大文件传输
• mmap 需要3次上下文切换, 3次数据拷贝; sendFile 需要3次上下文切换, 最少2次数据拷贝。
• sendFile 可以利用 DMA 方式, 减少 CPU 拷贝, 而 mmap则不能(必须从内核拷贝到Socket缓冲区)。

1、 time_wait的作用：

TIME_WAIT状态存在的理由： 1）可靠地实现TCP全双工连接的终止    在进行关闭连接四次挥手协议时，最后的ACK是由主动关闭端发出的，如果这个最终的ACK丢失，服务器将重发最终的FIN， 因此客户端必须维护状态信息允许它重发最终的ACK。如果不维持这个状态信息，那么客户端将响应RST分节，服务器将此分节解释成一个错误（在java中会抛出connection reset的SocketException)。 因而，要实现TCP全双工连接的正常终止，必须处理终止序列四个分节中任何一个分节的丢失情况，主动关闭的客户端必须维持状态信息进入TIME_WAIT状态。   2）允许老的重复分节在网络中消逝  TCP分节可能由于路由器异常而“迷途”，在迷途期间，TCP发送端可能因确认超时而重发这个分节，迷途的分节在路由器修复后也会被送到最终目的地，这个原来的迷途分节就称为lost duplicate。 在关闭一个TCP连接后，马上又重新建立起一个相同的IP地址和端口之间的TCP连接，后一个连接被称为前一个连接的化身（incarnation)，那么有可能出现这种情况，前一个连接的迷途重复分组在前一个连接终止后出现，从而被误解成从属于新的化身。 为了避免这个情况，TCP不允许处于TIME_WAIT状态的连接启动一个新的化身，因为TIME_WAIT状态持续2MSL，就可以保证当成功建立一个TCP连接的时候，来自连接先前化身的重复分组已经在网络中消逝。

2、大量TIME_WAIT造成的影响：

      在高并发短连接的TCP服务器上，当服务器处理完请求后立刻主动正常关闭连接。这个场景下会出现大量socket处于TIME_WAIT状态。如果客户端的并发量持续很高，此时部分客户端就会显示连接不上。
我来解释下这个场景。主动正常关闭TCP连接，都会出现TIMEWAIT。

为什么我们要关注这个高并发短连接呢？有两个方面需要注意：
1. 高并发可以让服务器在短时间范围内同时占用大量端口，而端口有个0~65535的范围，并不是很多，刨除系统和其他服务要用的，剩下的就更少了。
2. 在这个场景中，短连接表示“业务处理+传输数据的时间 远远小于 TIMEWAIT超时的时间”的连接。

      这里有个相对长短的概念，比如取一个web页面，1秒钟的http短连接处理完业务，在关闭连接之后，这个业务用过的端口会停留在TIMEWAIT状态几分钟，而这几分钟，其他HTTP请求来临的时候是无法占用此端口的(占着茅坑不拉翔)。单用这个业务计算服务器的利用率会发现，服务器干正经事的时间和端口（资源）被挂着无法被使用的时间的比例是 1：几百，服务器资源严重浪费。（说个题外话，从这个意义出发来考虑服务器性能调优的话，长连接业务的服务就不需要考虑TIMEWAIT状态。同时，假如你对服务器业务场景非常熟悉，你会发现，在实际业务场景中，一般长连接对应的业务的并发量并不会很高。
     综合这两个方面，持续的到达一定量的高并发短连接，会使服务器因端口资源不足而拒绝为一部分客户服务。同时，这些端口都是服务器临时分配，无法用SO_REUSEADDR选项解决这个问题。

关于time_wait的反思：

存在即是合理的，既然TCP协议能盛行四十多年，就证明他的设计合理性。所以我们尽可能的使用其原本功能。 依靠TIME_WAIT状态来保证我的服务器程序健壮，服务功能正常。 那是不是就不要性能了呢？并不是。如果服务器上跑的短连接业务量到了我真的必须处理这个TIMEWAIT状态过多的问题的时候，我的原则是尽量处理，而不是跟TIMEWAIT干上，非先除之而后快。 如果尽量处理了，还是解决不了问题，仍然拒绝服务部分请求，那我会采取负载均衡来抗这些高并发的短请求。持续十万并发的短连接请求，两台机器，每台5万个，应该够用了吧。一般的业务量以及国内大部分网站其实并不需要关注这个问题，一句话，达不到时才需要关注这个问题的访问量。

小知识点：

TCP协议发表：1974年12月，卡恩、瑟夫的第一份TCP协议详细说明正式发表。当时美国国防部与三个科学家小组签定了完成TCP/IP的协议，结果由瑟夫领衔的小组捷足先登，首先制定出了通过详细定义的TCP/IP协议标准。当时作了一个试验，将信息包通过点对点的卫星网络，再通过陆地电缆
，再通过卫星网络，再由地面传输，贯串欧洲和美国，经过各种电脑系统，全程9.4万公里竟然没有丢失一个数据位，远距离的可靠数据传输证明了TCP/IP协议的成功。

3、案列分析：

    首先，根据一个查询TCP连接数，来说明这个问题。

netstat -ant|awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print (a,S[a])}' LAST_ACK 14 SYN_RECV 348 ESTABLISHED 70 FIN_WAIT1 229 FIN_WAIT2 30 CLOSING 33 TIME_WAIT 18122

状态描述：

CLOSED：无连接是活动的或正在进行 LISTEN：服务器在等待进入呼叫 SYN_RECV：一个连接请求已经到达，等待确认 SYN_SENT：应用已经开始，打开一个连接 ESTABLISHED：正常数据传输状态 FIN_WAIT1：应用说它已经完成 FIN_WAIT2：另一边已同意释放 ITMED_WAIT：等待所有分组死掉 CLOSING：两边同时尝试关闭 TIME_WAIT：另一边已初始化一个释放 LAST_ACK：等待所有分组死掉

命令解释：

先来看看netstat： netstat -n Active Internet connections (w/o servers) Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State tcp 0 0 123.123.123.123:80 234.234.234.234:12345 TIME_WAIT 你实际执行这条命令的时候，可能会得到成千上万条类似上面的记录，不过我们就拿其中的一条就足够了。  再来看看awk： /^tcp/ 滤出tcp开头的记录，屏蔽udp, socket等无关记录。 state[]相当于定义了一个名叫state的数组 NF 表示记录的字段数，如上所示的记录，NF等于6 $NF 表示某个字段的值，如上所示的记录，$NF也就是$6，表示第6个字段的值，也就是TIME_WAIT state[$NF]表示数组元素的值，如上所示的记录，就是state[TIME_WAIT]状态的连接数 ++state[$NF]表示把某个数加一，如上所示的记录，就是把state[TIME_WAIT]状态的连接数加一 END 表示在最后阶段要执行的命令 for(key in state) 遍历数组

如何尽量处理TIMEWAIT过多?

编辑内核文件/etc/sysctl.conf，加入以下内容：

net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭； net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭； net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。 net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系默认的 TIMEOUT 时间

然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效.

/etc/sysctl.conf是一个允许改变正在运行中的Linux系统的接口，它包含一些TCP/IP堆栈和虚拟内存系统的高级选项，修改内核参数永久生效。

简单来说，就是打开系统的TIMEWAIT重用和快速回收。

如果以上配置调优后性能还不理想，可继续修改一下配置：

vi /etc/sysctl.conf net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200  #表示当keepalive起用的时候，TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时，改为20分钟。 net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000  #表示用于向外连接的端口范围。缺省情况下很小：32768到61000，改为1024到65000。 net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192  #表示SYN队列的长度，默认为1024，加大队列长度为8192，可以容纳更多等待连接的网络连接数。 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000  #表示系统同时保持TIME_WAIT套接字的最大数量，如果超过这个数字，TIME_WAIT套接字将立刻被清除并打印警告信息。 默认为180000，改为5000。对于Apache、Nginx等服务器，上几行的参数可以很好地减少TIME_WAIT套接字数量，但是对于 Squid，效果却不大。此项参数可以控制TIME_WAIT套接字的最大数量，避免Squid服务器被大量的TIME_WAIT套接字拖死。

1、listen fd，有新连接请求，对端发送普通数据 触发EPOLLIN。
2、带外数据，只触发EPOLLPRI。
3、对端正常关闭（程序里close()，shell下kill或ctr+c），触发EPOLLIN和EPOLLRDHUP，但是不触发EPOLLERR 和EPOLLHUP。
再man epoll_ctl看下后两个事件的说明，这两个应该是本端（server端）出错才触发的。
5、对端异常断开连接（只测了拔网线），没触发任何事件。

附man：

EPOLLIN       连接到达；有数据来临；
The associated file is available for read(2) operations.
EPOLLOUT      有数据要写
The associated file is available for write(2) operations.
EPOLLRDHUP    这个好像有些系统检测不到，可以使用EPOLLIN，read返回0，删除掉事件，关闭close(fd);
如果有EPOLLRDHUP，检测它就可以直到是对方关闭；否则就用上面方法。
Stream socket peer closed connection, or shut down writing half
of connection. (This flag is especially useful for writing sim-
ple code to detect peer shutdown when using Edge Triggered moni-
toring.)
EPOLLPRI      外带数据
There is urgent data available for read(2) operations.

              
EPOLLERR      只有采取动作时，才能知道是否对方异常。即对方突然断掉，是不可能
有此事件发生的。只有自己采取动作（当然自己此刻也不知道），read，write时，出EPOLLERR错，说明对方已经异常断开。

EPOLLERR 是服务器这边出错（自己出错当然能检测到，对方出错你咋能知道啊）

关于 EPOLLERR：
socket能检测到对方出错吗？目前为止，好像我还不知道如何检测。
但是，在给已经关闭的socket写时，会发生EPOLLERR，也就是说，只有在采取行动（比如
读一个已经关闭的socket，或者写一个已经关闭的socket）时候，才知道对方是否关闭了。
这个时候，如果对方异常关闭了，则会出现EPOLLERR，出现Error把对方DEL掉，close就可以
了。

3.各类事件

1）监听的fd，此fd的设置等待事件：
EPOLLIN ；或者EPOLLET |EPOLLIN 
  由于此socket只监听有无连接，谈不上写和其他操作。
故只有这两类。（默认是LT模式，即EPOLLLT |EPOLLIN）。

  说明：如果在这个socket上也设置EPOLLOUT等，也不会出错，
只是这个socket不会收到这样的消息。

2）客户端正常关闭
client 端close()联接

server 会报某个sockfd可读，即epollin来临。 
然后recv一下 ， 如果返回0再掉用epoll_ctl 中的EPOLL_CTL_DEL , 同时close(sockfd)。

有些系统会收到一个EPOLLRDHUP，当然检测这个是最好不过了。只可惜是有些系统，
上面的方法最保险；如果能加上对EPOLLRDHUP的处理那就是万能的了。

3）客户端异常关闭：

客户端异常关闭，并不会通知服务器（如果会通知，以前的socket当然会有与此相关
的api）。正常关闭时read到0后，异常断开时检测不到的。服务器再给一个已经关闭
的socket写数据时，会出错，这时候，服务器才明白对方可能已经异常断开了（读也
可以）。

Epoll中就是向已经断开的socket写或者读，会发生EPollErr，即表明已经断开。

4）EpollIn：

5）监听的skocket只需要EpollIn就足够了，EpollErr和EpollHup会自动加上。
监听的socket又不会写，一个EpollIn足矣。

4. 补充 EpollErr

当客户端的机器在发送“请求”前，就崩溃了（或者网络断掉了），则服务器一端是无从知晓的。

按照你现在的这个“请求响应方式”，无论是否使用epoll，都必须要做超时检查。

因此，这个问题与epoll无关。EpollErr这种错误必须是有动作才能检测出来。
服务器不可能经常的向客户端写一个东西，依照有没有EpollErr来判断客户端是不是死了。

因此，服务器中的超时检查是很重要的。这也是以前服务器中作死后确认的原因。
新的代码里也是时间循环，时间循环....

！！！服务器 中的超时检查！！！很重要