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xiaoyu966
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tornado之TCPServer性能测试

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前言

在下面这个博客里,介绍了tornado的异步TCPServer和TCPClient。

http://yunjianfei.iteye.com/blog/2186646

那么,tornado的性能到底怎么样呢?让我们来做一个性能测试吧。

 

这里推荐关于C10K问题的一个文章:http://www.kegel.com/c10k.html

 

准备工作

在开始性能测试前,需要修改一些相关的系统参数。

 

一.修改MAX open files

 

首先运行下面命令,查看单个进程运行时,能够打开的最多文件描述符(即FD)

ulimit -n

本人的运行结果为: 65535

 

这个数值有点小,如果一个进程打开10万个文件或者FD,就会出现以下错误:

error: too many open files

那么,我们开始修改。 

 打开 /etc/security/limits.conf 并添加(如果已经存在,则修改数值)

* soft nofile 1000000
* hard nofile 1000000

 修改完毕后,重新开一个shell窗口,或者重新登录shell就会使设置生效。

再次运行ulimit -n  可以看到已经是1000000

 

二.解决TCP的TIME_WAIT问题

如果在短时间内,TCPServer收到大量的连接(比如2万以上),并且这些连接迅速关闭,就会在linux系统中,发现大量状态为TIME-WAIT的TCP连接,可以通过以下命令来查看服务器中TCP连接的状态。

netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

 

服务器中如果出现了大量的TIME-WAIT,导致的直接后果就是,TIME-WAIT状态的TCP连接占用的资源(比如端口号)不能得到及时释放,如果端口号被耗尽,则无法建立新的连接。

 

在开始测试前,我们修改一些系统参数,来缓解TIME_WAIT问题。

执行以下几个命令:

sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=5000
sysctl -w net.ipv4.tcp_syncookies=1
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65000"

 

具体的我这里就不解释了,有兴趣的同学可以自行去查找资料。

 

测试代码

tcp_server.py

#!/usr/bin/env python2.7
# -*- coding: utf-8 -*-

from tornado import ioloop, httpclient, gen
from tornado.gen import Task
from tornado.tcpserver import TCPServer
import pdb, time, logging
from tornado import stack_context
from tornado.escape import native_str

#Init logging
def init_logging():
    logger = logging.getLogger()
    logger.setLevel(logging.DEBUG)

    sh = logging.StreamHandler()

    formatter = logging.Formatter('%(asctime)s -%(module)s:%(filename)s-L%(lineno)d-%(levelname)s: %(message)s')
    sh.setFormatter(formatter)

    logger.addHandler(sh)
    logging.info("Current log level is : %s", logging.getLevelName(logger.getEffectiveLevel()))


class MyServer(TCPServer):
    def __init__(self, io_loop=None, **kwargs):
        TCPServer.__init__(self, io_loop=io_loop, **kwargs)

    def handle_stream(self, stream, address):
        TCPConnection(stream, address, io_loop=self.io_loop)

class TCPConnection(object):
    count = 0
    def __init__(self, stream, address, io_loop):
        self.io_loop = io_loop
        self.stream = stream
        self.address = address
        self.address_family = stream.socket.family

        self.EOF = b' END'

        self._clear_request_state()

        self._message_callback = stack_context.wrap(self._on_message)

        self.stream.set_close_callback(self._on_connection_close)
        self.stream.read_until(self.EOF, self._message_callback)

    def _on_timeout(self):
        #logging.info("Send message..")
        self.write("Hello client!" + self.EOF)
        TCPConnection.count += 1
        #logging.info("Has treated : %s", TCPConnection.count)
        if TCPConnection.count == 0 or TCPConnection.count % 2000 == 0:
            logging.info("Has treated : %s", TCPConnection.count)
        

    def _on_message(self, data):
        try:
            timeout = 5 
            data = native_str(data.decode('latin1'))
            #logging.info("Received: %s", data)
            #self.io_loop.add_timeout(self.io_loop.time() + timeout, self._on_timeout)
            self._on_timeout()
        except Exception, ex:
            logging.error("Exception: %s", str(ex))

    def _clear_request_state(self):
        """Clears the per-request state.
        """
        self._write_callback = None
        self._close_callback = None

    def set_close_callback(self, callback):
        """Sets a callback that will be run when the connection is closed.
        """
        self._close_callback = stack_context.wrap(callback)

    def _on_connection_close(self):
        if self._close_callback is not None:
            callback = self._close_callback
            self._close_callback = None
            callback()
        self._clear_request_state()

    def close(self):
        self.stream.close()
        # Remove this reference to self, which would otherwise cause a
        self._clear_request_state()

    def write(self, chunk, callback=None):
        """Writes a chunk of output to the stream."""
        if not self.stream.closed():
            self._write_callback = stack_context.wrap(callback)
            self.stream.write(chunk, self._on_write_complete)

    def _on_write_complete(self):
        if self._write_callback is not None:
            callback = self._write_callback
            self._write_callback = None
            callback()


def main():
    init_logging()

    server = MyServer()
    server.listen(8001)
    ioloop.IOLoop.instance().start()

if __name__ == "__main__":
    try:
        main()
    except Exception, ex:
        print "Ocurred Exception: %s" % str(ex)
        quit()

 

tcp_client.py

#!/usr/bin/env python2.7
# -*- coding: utf-8 -*-

from tornado import ioloop, httpclient, gen
from tornado.gen import Task
import pdb, time, logging
import tornado.ioloop
import tornado.iostream
import socket

from tornado import stack_context

#Init logging
def init_logging():
    logger = logging.getLogger()
    logger.setLevel(logging.DEBUG)

    sh = logging.StreamHandler()

    formatter = logging.Formatter('%(asctime)s -%(module)s:%(filename)s-L%(lineno)d-%(levelname)s: %(message)s')
    sh.setFormatter(formatter)

    logger.addHandler(sh)
    logging.info("Current log level is : %s", logging.getLevelName(logger.getEffectiveLevel()))


class TCPClient(object):
    test_start = False
    max_connected = 20000
    test_num = 20000
    test_remain = test_num
    test_count = 0
    total_count = 0
    shutdown = False

    def __init__(self, host, port, io_loop=None):
        self.host = host
        self.port = port
        self.io_loop = io_loop

        self.shutdown = False
        self.stream = None
        self.sock_fd = None

        self.EOF = b' END'

    def get_stream(self):
        self.sock_fd = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM, 0)
        self.stream = tornado.iostream.IOStream(self.sock_fd)
        self.stream.set_close_callback(self.on_close)

    def connect(self):
        self.get_stream()
        self.stream.connect((self.host, self.port), self.send_message)

    def on_receive(self, data):
        #logging.info("Received: %s", data)
        self.stream.close()
        self.stream = None 
        self.sock_fd = None


        TCPClient.test_count += 1
        try_testing(self.io_loop)


    def on_close(self):
        TCPClient.total_count += 1
        if TCPClient.total_count % 2000 == 0:
            logging.info("Has treat: %s", TCPClient.total_count)
        #logging.info("----count: %s %s  %s", TCPClient.total_count, TCPClient.shutdown, TCPClient.test_num)
        if TCPClient.shutdown and TCPClient.total_count == TCPClient.test_num:
            logging.info("shutdown")
            self.io_loop.stop()
        
    def send_message(self):
        #logging.info("Send message....")
        self.stream.write(b"Hello Server!" + self.EOF)
        self.stream.read_until(self.EOF, self.on_receive)
        #logging.info("After send....")

    def set_shutdown(self):
        TCPClient.shutdown = True


def _handle_exception(typ, value, tb):
    logging.info("%s  %s  %s", typ, value, tb)
    return True

def try_testing(io_loop):
    #logging.info("test_count: %s, test_remain: %s", TCPClient.test_count, TCPClient.test_remain)
    if TCPClient.test_start and TCPClient.test_count >= TCPClient.max_connected and TCPClient.test_remain > 0:
        TCPClient.test_start = False

    if not TCPClient.test_start:
        TCPClient.test_count = 0
        TCPClient.test_start = True

        gen = None
        if TCPClient.test_remain >= TCPClient.max_connected:
            gen = start_test(io_loop, TCPClient.max_connected)
        elif TCPClient.test_remain > 0:
            gen = start_test(io_loop, TCPClient.test_remain)

        if gen:
            with stack_context.ExceptionStackContext(_handle_exception):
                c = gen.next()
                while True:
                    c = gen.send(c)


def start_test(io_loop, count):
    TCPClient.test_remain = TCPClient.test_remain - count
    logging.info("Will start %s testing! Remain: %s", count, TCPClient.test_remain)
    for i in range(count):
        c = yield TCPClient("127.0.0.1", 8001, io_loop)
        if i == (count-1) and TCPClient.test_remain <= 0:
            c.set_shutdown()
        c.connect()

def main():
    init_logging()
    
    io_loop = tornado.ioloop.IOLoop.instance()
    try_testing(io_loop)
    
    logging.info("**********************start ioloop******************")
    io_loop.start()

if __name__ == "__main__":
    try:
        main()
    except Exception, ex:
        print "Ocurred Exception: %s" % str(ex)
        quit()

 上面的client代码中,可以修改test_num这个数值,来改变测试case的数目,上面设置成了20000

 

测试结果

tcp_server:

2015-02-27 17:01:05,898 -server:server.py-L22-INFO: Current log level is : DEBUG
2015-02-27 17:01:30,544 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 2000
2015-02-27 17:01:30,807 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 4000
2015-02-27 17:01:31,242 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 6000
2015-02-27 17:01:31,510 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 8000
2015-02-27 17:01:31,738 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 10000
2015-02-27 17:01:32,220 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 12000
2015-02-27 17:01:32,452 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 14000
2015-02-27 17:01:32,743 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 16000
2015-02-27 17:01:33,146 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 18000
2015-02-27 17:01:38,342 -server:server.py-L55-INFO: Has treated : 20000

 可以看到,总体来说,server的性能还是不错的,总共8s时间,处理了2万个请求+响应。

 

上面的测试结果中有个地方让我非常疑惑,最后2000个请求,中间居然耗费了5s,我在tornado的ioloop.py中加了一些debug语句跟踪后,发现是在33s的时候,卡在了ioloop的下面这一行

event_pairs = self._impl.poll(poll_timeout)

 

 也就是说,epoll在等待IO事件到来,有点想不明白为什么在这里等了5s。经过多次测试,这种情况是完全可以复现的,还有待进一步调查。

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