Linux 非阻塞 epoll 编程中，如何解决大量 ESTABLISHED 连接后占着茅坑不拉屎的行为？

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这是一个创建于 257 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

Linux socket 中，无论是
server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
listen(server_fd)

还是接过来的
client_fd=accept(server_fd)

全部加进 epoll 事件监听中。 epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &ev)

但是接到的 client_fd ，必须要收到对方发送数据才能激活事件。如果对方一直不 send()任何数据。那么建立了 ESTABLISHED 连接后就占着茅坑不拉屎。epoll 也不会通知

网上找到两个方法：

1.

epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
改为
epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, 10);

没用，这是 epoll 事件超时，而不是连接超时。
epoll_wait 返回的是活跃事件，如果不发送任何数据，epoll_wait 不会返回这个事件的 fd

2.

struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 10;
timeout.tv_usec = 0;
setsockopt(client_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)&timeout, sizeof(timeout);

没用，这是阻塞超时，recv()用的。非阻塞会立即返回。

这种连接浪费了茅坑资源，不知道有什么解决方法。设置 accept 后 10s不拉屎就断开。
阻塞情况下很好解决，但是非阻塞暂时没想到好办法。

28 条回复 • 2024-03-20 08:49:55 +08:00

lcdtyph

257 天前 via iPhone

每个 socket 绑定一个 timer ，一起 epoll 就好了

PythonYXY

257 天前

我看 chatgpt 给出的答案是利用 setsockopt 函数的 SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO 选项，不过我没试过

choury

257 天前

搜下 TCP_DEFER_ACCEPT

PythonYXY

257 天前

没看到原来 OP 已经试过 setsockopt 了。。。我的想法是定时发送心跳信息，将长时间不响应的 fd 给手动剔除

henix

257 天前

这个应该要应用自己维护的吧。记录每个 fd 上一次操作的时间戳，你的第一种方法，epoll_wait 会在中途返回，返回时检查当前时间戳跟记录的 fd 上一次操作时间戳之差，如果超时了就执行某个动作，比如关闭连接。

这里采用的数据结构是堆（ heap ）或者时间轮（ timing wheel ）

可参考 [Linux 多线程服务端编程]( https://book.douban.com/subject/20471211/) 的“7.10 用 timing wheel 踢掉空闲连接”一章

BBCCBB

257 天前

要实现应用层的心跳.

roykingz

257 天前

你说的这个特性，Linux 的 TCP_DEFER_ACCEPT 标志可以支持，Nginx 源码中大量使用，Freebsd 中也有类似的特性，叫做 SO_ACCEPTFILTER

roykingz

257 天前

不过，这个特性是延迟通知进程，要解决 ESTABLISHED 上一直不发数据的情况，应该还是得靠自己维护超时时间来检查，时间轮用的比较多

Sephirothictree

257 天前

开个线程做 select 设置阻塞超时来监控非阻塞的 client_fd ，到时间或者可读，就超时踢人或者干活 recv （成功转回阻塞逻辑了 2333 ，不过感觉还是 1 楼方案比较省事

Nazz

257 天前 via Android

网络库都有 SetDeadline 吧

huahsiung

257 天前

@lcdtyph
@choury
@henix
@BBCCBB
@roykingz

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感谢各位回答

>TCP_DEFER_ACCEPT

我看了看 TCP_DEFER_ACCEPT 的 man,里面说(Takes an integer value (seconds), this can bound the maximum number of attempts TCP will make to complete the connection 。

就是说当重传次数超过限制之后，并且客户端依然还在回复 ack 时，到达最大超时，客户端再次回复的 syn-ack ，那么这个 defer 的连接依然会变成 ESTABLISHED 队列。必须要应用层关闭。

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>每个 socket 绑定一个 timer

这个方法刚才试了试，发现接到(event[i].events & EPOLLIN)后，无法区分是 timer_fd 还是 socket_fd ，就不能直接 accept()，因为可能接到 accept(timer_fd)，就会错误，在程序看来都是 fd 。

-----

>记录每个 fd 上一次操作的时间戳，定时检查当前时间戳跟记录的 fd 上一次操作时间戳之差

这个我最开始就是这样的，开了一个 pthread 专门处理超时，刚开始测试一切正常。但是后来发现，TCP 连接数超过 100K 时，这个 pthread 会卡死，导致整个程序退出。然后去掉了这个超时处理的 pthread ，就一切正常。

在 800K TCP 连接左右只占了 962M 内存。每个 fd 维护一个时间轮消耗巨大，程序为每个 tcp 分配的内存只有 1k 左右，全靠 epoll 的通知和内存 pointer 撑住的。遍历上万的 fd 的话时间轮这样内存会膨胀 2~3 倍，CPU 上下文切换时间也会激增。

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**最后的解决方法是暂时不解决，毕竟几十万左右的 TCP 连接才 4k~6k 的僵尸连接，好像也不是影响很大。**

不知道怎么把 fd 省内存的加入超时队列，我是直接把 fd CRC32 放入类似 hash 表的，但是连接过多 hash 会撞的。

huahsiung

257 天前

@Sephirothictree

select 好像不行啊，连接太多，不够用。

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@Nazz

SetDeadline 是 go 语言的，C/C++的库好像没用

go 语言用 go route 起几十万个连接，内存会高达 10G+的。

lcdtyph

257 天前

@huahsiung #11
啊这，你要用 event[i].data.ptr 来给这个 fd 一个私有数据结构，这样可以帮助你区分这个 fd 是什么，或者维护一些 fd 相关的上下文

huahsiung

257 天前

@lcdtyph 为了省内存，我把 event[i].data.ptr 的指针当作 long long int(x64 位)用的

后来发现这个东西不会触发，不知道哪里问题。

x64 系统正常运行（除了不会触发超时）

x86 系统直接“段错误”

huahsiung

257 天前

@huahsiung 得到答案了，好像是编译器问题，编译器认为指针不可能为负数，帮我把“负指针”优化了。

Sephirothictree

257 天前

@huahsiung 试试 poll 不限制 fd 数量，跟 select 差不多，不过这么多连接，就不知道 poll 效率上能不能行了

lcdtyph

257 天前 via iPhone

@huahsiung
都 x86 了还要省内存吗

而且你最好用 intptr_t int_ptr = (intptr_t)data.ptr;
x86 和 amd64 的指针长度不一样

huahsiung

257 天前

@lcdtyph 准备 x86 架构直接放弃了吧，就只能在 64 位上面运行。

准备上数据的时候把把 pointer 的最高位(符号位) 与 0x00FFFFFF 让 pointer 变成正的。下数据使用的时候再把左移一位把“符号位”顶掉，还原负的

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感觉这种就像在玩飞刀一样刺激，稍不注意就“刀起头落”。唉~正常编程内存会翻 5-10 倍的，试试奇淫技巧了

lesismal

257 天前

定时器的实现主要有两个点：
1. 管理定时器的数据结构
如果你用 c++ ，priority_queue 维护每个 fd 的超时时间：
https://en.cppreference.com/w/cpp/container/priority_queue
如果用 c ，找个或者自己实现个小堆也可以
除非你对精确度要求非常低、时间轮间隔很小这种，否则真没必要：一是不精确，越想要精确则间隔越小越可能空跑，二是小堆做优先级队列基本是行业认可的最佳时间

2. 定时器的触发器，简单点可以用 epoll_wait ，虽然秒级精确度但对于 read deadline 足够了，如果想更精确或者框架提供通用的精确定时器，可以用 timer_fd

1 、2 结合起来，如果更新、设置超时时间都是在 epoll event loop 里，就是把 priority_queue 堆顶最小超时时间作为 epoll_wait 下一轮的 timeout 参数或者 timer_fd 的超时时间，如果跨线程设置还要考虑唤醒 epoll_wait 或者更新 timer_fd 相关

这只是简单实现方案，涉及到完整框架的你还要考虑并发调用、锁、一致性等各种细节

> 这个方法刚才试了试，发现接到(event[i].events & EPOLLIN)后，无法区分是 timer_fd 还是 socket_fd ，就不能直接 accept()，因为可能接到 accept(timer_fd)，就会错误，在程序看来都是 fd 。

#11 这就是说胡话了，你自己创建的 listener fd 、自己创建的 timer_fd ，你 switch case listener case timer default socket 一下就知道是哪个了，再不济，你存储 fd 对应的结构的地方，结构体加个字段标记 type 也就知道了

lesismal

257 天前

@lesismal #19

=》除非你对精确度要求非常低、时间轮间隔很小这种，否则真没必要用时间轮：一是不精确，越想要精确则间隔越小越可能空跑，二是小堆做优先级队列定时器这种性能已经足够强、基本是行业认可的最佳实践

虽然秒级 =》虽然毫秒级

nuk

257 天前

倒是没必要用 timer ，可以用 3 个 epoll ，两个 epoll 间隔轮换来加入新的 fd ，然后轮换的时候清空另外一个 epoll 里所有的 fd ，然后 poll 有数据的放到第三个 epoll 里干活。

huahsiung

256 天前

@lesismal

我要接的不是 bind 和 listening 的一个 listen fd 连接，而是 accept(listen_fd)出来的几十万个 client_fd 连接。我也无法区分。

另外：试了在每个 socket_fd 同时绑定一个 timer_fd ，文件描述符会膨胀 2 两倍。普通使用没有感觉，但是高并发测试下性能急剧下降。

------------------结帖-----------------

## 之前的奇淫技巧在 TCP 并发数超过 30 万+的时候指针会莫名其妙的跑飞，导致程序卡死无法退出。只能去掉这个。

之中发现百度的服务器也没有进行超时处理，运行：

`nc www.baidu.com 443`

发现一直不发送数据，连接会一直保持。

## 百度也没处理，我也不处理了，就这样吧。

另外，nginx 也可以加入
```ini
client_body_timeout 5s;
client_header_timeout 5s;
```
来进行连接超时。

使用 ab 测试，发现性能会略微下降

# nginx 未加入超时

```txt
Document Path: /
Document Length: 146 bytes

Concurrency Level: 2000
Time taken for tests: 0.950 seconds
Complete requests: 20000
Failed requests: 14144
(Connect: 0, Receive: 0, Length: 7072, Exceptions: 7072)
Non-2xx responses: 12928
Total transferred: 3736192 bytes
HTML transferred: 1887488 bytes
Requests per second: 21052.99 [#/sec] (mean)
Time per request: 94.998 [ms] (mean)
Time per request: 0.047 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 3840.72 [Kbytes/sec] received

Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median max
Connect: 0 40 7.8 40 60
Processing: 16 50 12.4 51 76
Waiting: 0 28 21.4 37 57
Total: 58 90 8.7 90 104

Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50% 90
66% 93
75% 97
80% 98
90% 101
95% 103
98% 103
99% 103
100% 104 (longest request)

```

# nginx 加入 timeout 超时
```ini
client_body_timeout 5s;
client_header_timeout 5s;
```

```txt
Document Path: /
Document Length: 146 bytes

Concurrency Level: 2000
Time taken for tests: 0.971 seconds
Complete requests: 20000
Failed requests: 14464
(Connect: 0, Receive: 0, Length: 7232, Exceptions: 7232)
Non-2xx responses: 12768
Total transferred: 3689952 bytes
HTML transferred: 1864128 bytes
Requests per second: 20604.20 [#/sec] (mean)
Time per request: 97.068 [ms] (mean)
Time per request: 0.049 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 3712.33 [Kbytes/sec] received

Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median max
Connect: 0 41 8.7 42 71
Processing: 20 51 14.7 51 94
Waiting: 0 29 22.9 38 74
Total: 50 93 11.9 92 120

Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50% 92
66% 99
75% 101
80% 102
90% 105
95% 109
98% 119
99% 120
100% 120 (longest request)

```

## 进行多次高并发测试，发现性能都低于。暂时没有探究原因

# 就这样了，不处理了，结帖。谢谢大家的回答

lesismal

256 天前

合着我说的你根本就没好好看，或者看不懂：

> 我要接的不是 bind 和 listening 的一个 listen fd 连接，而是 accept(listen_fd)出来的几十万个 client_fd 连接。我也无法区分。

switch(fd) {
case listenerfd:
handle_accept()
case timerfd:
handler_timer()
default: // 除去 listener 和 timerfd 就是已经 accept 了的 socket
handle_socket()
}

再不济，你在 event 里那个 void*存储这个 fd 对应的结构体指针、或者只存一个 fd type 也是可以的

> 另外：试了在每个 socket_fd 同时绑定一个 timer_fd ，文件描述符会膨胀 2 两倍。普通使用没有感觉，但是高并发测试下性能急剧下降。

不需要每个 fd 一个 timer_fd ，一个 eventloop 只需要一个 timer_fd ，具体的你看我上一楼的回复吧

我认认真真给 OP 写了一大段，OP 连看都不好好看就来随便回复，如果这次还不看，那请 OP 不要回复我了

tuiL2

256 天前

这是应用层的问题，不是 epoll 和 socket 的问题

realJamespond

256 天前

另外维护一个队列，每隔几秒更新一下超时的 fd

huahsiung

256 天前

@lesismal 还是感谢你提供思路

原来你的思路和我的不一样，设置一个堆 Heap ，每 5s 超时，取出堆顶最后的 fd ，进行 closed 吧。这种设计只有一个 timer_fd 。
而我的是每一个 accept 后，就创建一个 timer_fd 。然后被挤爆了。

C++倒简单，使用
#include <queue>就行。

但是我是 C 语言需要自己实现堆 Heap ，确实比较麻烦，特别是维护几十万的数据。后来去抄 apache 的堆 Heap 实现。
https://github.com/vy/libpqueue/blob/master/src/pqueue.c

堆的删除只能在对顶进行，fd 接收数据后必须删除这个堆中的数据，但是没法删除堆中。
想到的解决办法是设置 fd 标注位，fd 发现接收到数据后设置禁止 closed 的标志。

期间把把多线程架构改为了多进程，去抄了 nginx 的 master/worker 方法，发现性能确实会提升。就是通信变复杂了

其间发现，使用状态防火墙是最简单的，还不用改代码。状态防火墙会自动掐断空连接。

lesismal

256 天前

> 原来你的思路和我的不一样，设置一个堆 Heap ，每 5s 超时，取出堆顶最后的 fd ，进行 closed 吧。这种设计只有一个 timer_fd 。

用堆就不是固定 5s 超时了，而是根据堆顶的超时时间设置超时时间。
也不是只取出堆顶，因为代码可能导致延迟误差，所以是需要循环查看堆顶是否超时、超时就 close ，没超时则更新当前堆顶的超时时间为触发器的超时时间

> 而我的是每一个 accept 后，就创建一个 timer_fd 。然后被挤爆了。

这种是最浪费的方式之一，没必要拿来对比，应该用来改进

> 堆的删除只能在对顶进行，fd 接收数据后必须删除这个堆中的数据，但是没法删除堆中。

堆可以删除任意元素，up 、down fix 位置就可以

红黑树也可以用来做这个，但这个场景堆比红黑树要好

ben666

240 天前

一般连接里面要放多个定时器，读超时、写超时、idle 超时等，可以自己实现一个定时器，每个连接有一个定时器，可以是时间轮定时器，也可以是 rbtree 定时器。
大体如下：
struct connection {
int fd;
struct timer read_timer;
struct timer write_timer;
struct timer idle_timer;
};

可以参考:
- nginx 的连接强烈推荐 https://github.com/nginx/nginx/blob/master/src/core/ngx_connection.h
- dpvs 的连接 https://github.com/iqiyi/dpvs/blob/master/include/ipvs/conn.h
- dperf 的连接是用单链表队列做超时的 https://github.com/baidu/dperf/blob/main/src/socket.h