MySQL挑战10万条连接数

在这篇文章中，我想探索一种与MySQL建立100,000个连接的方法。不限于空闲连接，还有执行查询功能的连接。

你可能会问，使用MySQL的时候真的有必要建立100,000个连接吗？虽然看起来有点过于追求极致，我还是在客户部署的时候看到很多不同的设计方案。有的部署了应用程序连接池，每一个连接池中有100个应用服务和1000个连接。有的应用程序使用了一种很糟糕的技术，“在查询慢时重连或重用”。这有可能会导致雪球效应，并在几秒钟内建立数千个MySQL连接。

所以现在我想设置一个超出预期的目标，看看能否实现。

配置

为此我将使用以下硬件配置：

由packet.net提供的裸机服务器，实例大小：c2.medium.x86

物理内核 @ 2.2 GHz (1 X AMD EPYC 7401P)

内存: 64 GB of ECC RAM

磁盘: INTEL® SSD DC S4500, 480GB

这是一个服务器级的 SATA SSD。

我们将使用到5台主机，下面作出解释，一个用于MySQL服务器的主机，以及四个用于客户端连接的主机。

在服务器上，我将使用带有线程池插件的Percona Server for MySQL 8.0.13-4。这个插件可以支持数千个数据库连接。

初始化服务器设置

网络设置（Ansible格式）：

这些是推荐用于10Gb网络和高并发工作负载的典型设置。

systemd限制设置：

还有my.cnf文件中MySQL相关设置：

客户端使用sysbench 0.5版本而不是1.0.x版本，原因我们将在下面解释。

工作负载配置

第一步 10,000连接数

这一步很简单，没有太多的事情需要处理。我们可以只用一个客户端实现，但是你有可能会遇到下面的错误：

这个是由于打开文件数限制引起的，也叫做TCP/IP套接字连接限制。可以在客户端设置 ulimit -n 100000 来解决。

我们能观察到的：

第二步 25,000连接数

使用25,000个连接的时候，在MySQL端会看到错误信息：

如果你查找这个错误的信息的话，你可能会看到这篇文章：

https://www.percona.com/blog/2013/02/04/cant_create_thread_errno_11/

但是这并不能解决我们的问题，因为我们已经把限制设置的足够高了：

我们是从这里开始使用线程池功能的：https://www.percona.com/doc/percona-server/8.0/performance/threadpool.html

在my.cnf中增加：

并重启 Percona 服务器。

打印结果：

现在还是相同的吞吐量，但是实际上95%的响应时间已经从3690毫秒优化到979毫秒（由于使用了线程池）。

第三步 50,000连接数

这是目前我们遇到的大的挑战。首先，在尝试从sysbench中获取50,000个连接的时候遇到了以下错误：

Error(99)是一个很隐蔽的错误，它表示：无法分配请求地址。

它是由应用程序可以打开的端口限制所触发，我的操作系统默认情况下是：

这表示有28231个端口可用（60999减32768），或者说是与给定IP地址所能建立的TCP连接的端口数限制。

你可以在客户端和服务端上使用一个更大的范围来扩展这些端口。

这给我们提拱了61000个连接，但是已经非常接近一个IP地址的连接限制了（大端口号65535）。关键点在于，如果我们想要更多的连接数，那么则需要为MySQL服务器分配更多的IP地址。为了实现100,000连接数，我将在运行MySQL的服务器上使用两个IP地址。

在整理出端口范围后，sysbench又抛出了以下问题

这是sysbench的内存分配问题（即lua子系统）。Sysbench只能为32,351个连接分配内存，这个问题在sysbench 1.0.x版本中尤为严重。

Sysbench 1.0.x的局限

Sysbench 1.0.x使用了一套不同的Lua JIT（Just In Time，即时编译技术），甚至在连接数达到4000的时候就会产生内存问题，所以使用Sysbench 1.0.x想要超过4000连接数都是不可能的。

因此，与Percona Server相比，sysbench会更早达到连接数瓶颈。我们需要使用更多的sysbench客户端来实现更多的连接。如果sysbench的连接上限是32,351，那么至少要使用4个sysbench客户端才能达到100,000个连接。

我使用2台服务器（每个服务器运行单独的sysbench）实现50,000个连接，每个sysbench上运行25,000个线程。

每个sysbench上执行结果如下：

然而同样的吞吐量（总共 16794 * 2 = 33588 tps）的情况下，有95%的响应时间都翻了一倍。这是可以预见的，因为相比于25,000个基准测试连接，我们使用的连接数是原来的两倍。

第三步 75,000连接数

我们将使用3个sysbench服务器来实现75,000个连接，每个服务器上运行25,000个连接。

每个sysbench的运行结果：

第四步 100,000连接数

实现连接数从75k到100k并没有什么大的变化，我们只需要启动一个额外的服务器并启动sysbench就可以了。对于100,000个连接，我们需要四个sysbench服务器，每一个服务器显示：

所以相同吞吐量（总共 8065 * 4 = 32260 tps）时，有95%的相应时间为3405ms。

一个很重要的点是：建立100k个连接并使用线程池，95%的响应时间甚至比不带线程池的10k个连接更快。线程池使得Percona Server更有效的管理资源并提供更快的响应时间。

总结

MySQL实现10万连接数是完全可行的，而且我相信我们还可以更进一步。这里有三个组件可以帮助我们实现目标：

• Percona Server的线程池

• 适当调整网络限制

• 服务器主机使用多个IP地址（一个IP地址支持大约60k个连接）

附录：my.cnf

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