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本文分享至飞腾开发者平台《飞腾腾云S2500Nginx单机环回测试性能调优方法》
1 背景介绍
1.1 Nginx 简介
Nginx是一个高性能HTTP和反向代理服务器，由俄罗斯程序员伊戈尔·赛索耶夫开发。Nginx 可以在大多数UNIX Linux OS 上编译运行，并有Windows移植版。
Nginx特点是占有内存少，并发能力强，稳定性高等优势，并且依靠并发能力强，丰富的模块库以及友好灵活的配置而闻名。在Linux操作系统下，Nginx使用epoll事件模型使得在Linux操作系统下效率相当高。
Nginx简介的详细内容可参考：https://baike.baidu.com/item/nginx/3817705?fr=aladdin
1.2 未优化前性能
测试环境：飞腾腾云S2500 2路服务器
测试方法：在飞腾腾云S2500环回访问本地nginx服务
未优化前的nginx（日志写入硬盘）性能：16-17w req/s。
未优化前的nginx（日志写入内存）性能：21-23w req/s。
未优化前的nginx（不写日志情况）性能：24-25w req/s。
2 问题分析
2.1 性能影响因素分析
2.2 主要的优化方向
3 修改内核协议栈参数
3.1 优化措施
通过修改一些内核参数：
主要手段：通过调整以上参数的大小，以此来提高tcp连接时的带宽和时延，从而提升服务性能。
| 调优项目 | 作用 |
|---|---|
| net.ipv4.tcp_mem | 确定 TCP 栈应该如何反映内存使用 |
| net.ipv4.tcp_rmem | TCP接收缓冲区大小 |
| net.ipv4.tcp_wmem | TCP发送缓冲区大小 |
| net.core.somamaxconn | 表示socket监听的backlog(监听队列)上限 |
| net.ipv4.tcp_syn_retries | 发起TCP SYN连接超时重传的次数 |
| net.ipv4.tcp_max_orphans | 所能处理不属于任何进程的TCPsockets最大数 |
3.2 测试结论
结论：经测试验证，以上优化措施均未见明显的性能提升，距离目标300000 req/s相距甚远。
4 Nginx主要的优化工作
4.1 调优工作
Nginx 调优项目：
以上调优项目对应的调试手段见下表所示：
| nginx 参数 | 作用 | 建议 |
|---|---|---|
| log | 记录nginx 日志 | 关闭 |
| nginx worker processes | nginx 进程数 | 根据打开日志与否调整processes大小，日志开启，建议设为16进程，日志关闭，则越大越好。 |
| tcp_nopush_on | 避免网络拥塞 | 打开 |
| tcp_nodelay_off | 避免网络拥塞 | tcp_nodelay off |
| sendfile on | 文件高效传输模式 | 打开，并配合tcp_nopush使用 |
| open file cache | 调整文件指定缓存功能的开关 | 打开，并合理指定大小，建议max至少102400 |
| reset time out conn | nginx关闭不响应的客户端连接 | 开启此功能 |
以上的调优手段，着重讲下sendfile 与open file cache，此两项的配置对性能提升最为明显：
1、sendfile:
sendfile实际上是Linux2.0+以后的推出的一个系统调用，web服务器可以通过调整自身的配置来决定是否利用sendfile这个系统调用。
1）先来看一下不用 sendfile的传统网络传输过程：
上面4个步骤有4次上下文切换，有4次拷贝，我们发现如果能减少切换次数和拷贝次数将会有效提升性能。
2）使用sendfile(socket,file, len)的IO过程:
sendFile 整个过程只有两次上下文切换和两次 DMA 拷贝，很重要的一点是这里完全不需要CPU 来进行拷贝了，所以才叫做零拷贝，这里的拷贝指的就是操作系统的层面。
以上关于sendfile的内容可以参考：https://blog.csdn.net/YL3126/article/details/117468640。
2、open_file_cache max=102400 inactive=20s：
Nginx 的 open_file_cache 相关配置可以缓存静态文件的元信息，在这些静态文件被频繁访问时可以显著提升性能。缓存了文件句柄就意味着不用每次都close一个文件再open一个文件，减少了系统调用的操作。
上表中的调优手段，可以通过更改Nginx的配置文件nginx.conf 来实现。
4.2 测试记录
4.2.1 关闭 Ngnix日志功能测试
1、worker_processes==16
绑核测试，在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
taskset -c 32-63 weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k <http://11.1.1.1:80>| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 285713 |
| 2 | 282235 |
| 3 | 286919 |
| 4 | 285477 |
| 5 | 289397 |
| 平均值 | 285948 |
不绑核测试，在飞腾腾云S2500 服务器本地输入命令，该命令如下所示：
weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k <http://11.1.1.1:80>| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 248677 |
| 2 | 279867 |
| 3 | 290159 |
| 4 | 270982 |
| 5 | 283741 |
| 平均值 | 274687.4 |
2、worker_processes==22
绑核测试：在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
taskset -c 32-63 weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k http://11.1.1.1:80| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 354322 |
| 2 | 343963 |
| 3 | 346928 |
| 4 | 349629 |
| 5 | 342861 |
| 平均值 | 347540 |
不绑核测试：在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k http://11.1.1.1:80| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 300276 |
| 2 | 285604 |
| 3 | 219688 |
| 4 | 283422 |
| 5 | 295507 |
| 平均值 | 276899 |
4.2.2 打开Ngnix日志功能测试
4.2.2.1 日志写入内存
1、worker_processes==16
绑核测试，在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
taskset -c 32-63 weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k <http://11.1.1.1:80>| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 274568 |
| 2 | 278908 |
| 3 | 283300 |
| 4 | 274235 |
| 5 | 277759 |
| 平均值 | 277754 |
不绑核测试，在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k http://11.1.1.1:80| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 277621 |
| 2 | 258456 |
| 3 | 260107 |
| 4 | 252588 |
| 5 | 253443 |
| 平均值 | 260443 |
2、worker_processes==22
绑核测试，在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
taskset -c 32-63 weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k http://11.1.1.1:80| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 334128 |
| 2 | 323585 |
| 3 | 328500 |
| 4 | 329572 |
| 5 | 329261 |
| 平均值 | 329009 |
不绑核测试，在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k http://11.1.1.1:80| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 282196 |
| 2 | 300277 |
| 3 | 259707 |
| 4 | 198777 |
| 5 | 247318 |
| 平均值 | 257655 |
4.2.2.2 日志写入硬盘
性能测试时，通过perf查看热点函数，在worker_processes大于16时，随worker_processes不断增大，热点函数”osq_lock”占比逐渐增大，吞吐量基本没有提升，每个进程还都满负载，多余的CPU性能都被osq_lock给消耗了。
综上，日志写在硬盘的情况下，选择16进程，性能最佳。
测试记录：
绑核测试，在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
taskset -c 32-63 weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k http://11.1.1.1:80| 次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 266764 |
| 2 | 269377 |
| 3 | 264932 |
| 4 | 267018 |
| 5 | 268114 |
| 平均值 | 267241 |
不绑核测试，在飞腾腾云S2500服务器本地输入命令，该命令如下所示：
weighttp -n 3000000 -c 100 -t 50 -k http://11.1.1.1:80| 测试次数 | 结果（req/s） |
|---|---|
| 1 | 240303 |
| 2 | 254572 |
| 3 | 266540 |
| 4 | 229249 |
| 5 | 242094 |
| 平均值 | 246551 |
5 结论
经过优化后的具体测试结果见下表：
| 不写日志 | ||
|---|---|---|
| 绑核 | 不绑核 | |
| 16 processes | 285948 | 274687 |
| 22 processes | 347540 | 276899 |
| 写日志（内存） | ||
|---|---|---|
| 绑核 | 不绑核 | |
| 16 processes | 277754 | 260443 |
| 22 processes | 329009 | 257655 |
| 写日志（硬盘） | ||
|---|---|---|
| 绑核 | 不绑核 | |
| 16 processes | 267241 | 246551 |
优化前后的（最优状态下）性能对比图：
综上所述：
1、优化前后对比，性能提升近50%。
2、nginx不写日志时，性能明显高于写日志时，且不写日志时，随着进程数目增加，性能会越高。日志写入内存时，性能高于写入硬盘。同等条件下，weighttp绑核的性能要明显高于不绑核的性能，且weighttp不绑核时的性能波动很大。
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