什么是平滑重启
当线上代码需要更新时,我们平时一般的做法需要先关闭服务然后再重启服务. 这时线上可能存在大量正在处理的请求, 这时如果我们直接关闭服务会造成请求全部 中断, 影响用户体验; 在重启重新提供服务之前, 新请求进来也会502. 这时就出现两个需要解决的问题:
- 老服务正在处理的请求必须处理完才能退出(优雅退出)
- 新进来的请求需要正常处理,服务不能中断(平滑重启)
本文主要结合linux和Golang中相关实现来介绍如何选型与实践过程.
优雅退出
在实现优雅重启之前首先需要解决的一个问题是如何优雅退出：
我们知道在go 1.8.x后，golang在http里加入了shutdown方法，用来控制优雅退出。
社区里不少http graceful动态重启，平滑重启的库，大多是基于http.shutdown做的。
http shutdown 源码分析
先来看下http shutdown的主方法实现逻辑。用atomic来做退出标记的状态，然后关闭各种的资源，然后一直阻塞的等待无空闲连接，每500ms轮询一次。
var shutdownPollInterval = 500 * time.Millisecond
func (srv *Server) Shutdown(ctx context.Context) error {
// 标记退出的状态
atomic.StoreInt32(&srv.inShutdown, 1)
srv.mu.Lock()
// 关闭listen fd，新连接无法建立。
lnerr := srv.closeListenersLocked()
// 把server.go的done chan给close掉，通知等待的worekr退出
srv.closeDoneChanLocked()
// 执行回调方法，我们可以注册shutdown的回调方法
for _, f := range srv.onShutdown {
go f()
}
// 每500ms来检查下，是否没有空闲的连接了，或者监听上游传递的ctx上下文。
ticker := time.NewTicker(shutdownPollInterval)
defer ticker.Stop()
for {
if srv.closeIdleConns() {
return lnerr
}
select {
case <-ctx.Done():
return ctx.Err()
case <-ticker.C:
}
}
}
…
是否没有空闲的连接
func (s *Server) closeIdleConns() bool {
s.mu.Lock()
defer s.mu.Unlock()
quiescent := true
for c := range s.activeConn {
st, unixSec := c.getState()
if st == StateNew && unixSec < time.Now().Unix()-5 {
st = StateIdle
}
if st != StateIdle || unixSec == 0 {
quiescent = false
continue
}
c.rwc.Close()
delete(s.activeConn, c)
}
return quiescent
}
关闭server.doneChan和监听的文件描述符
// 关闭doen chan
func (s *Server) closeDoneChanLocked() {
ch := s.getDoneChanLocked()
select {
case <-ch:
// Already closed. Don't close again.
default:
// Safe to close here. We're the only closer, guarded
// by s.mu.
close(ch)
}
}
// 关闭监听的fd
func (s *Server) closeListenersLocked() error {
var err error
for ln := range s.listeners {
if cerr := (*ln).Close(); cerr != nil && err == nil {
err = cerr
}
delete(s.listeners, ln)
}
return err
}
// 关闭连接
func (c *conn) Close() error {
if !c.ok() {
return syscall.EINVAL
}
err := c.fd.Close()
if err != nil {
err = &OpError{Op: "close", Net: c.fd.net, Source: c.fd.laddr, Addr: c.fd.raddr, Err: err}
}
return err
}
这么一系列的操作后，server.go的serv主监听方法也就退出了。
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
...
for {
rw, e := l.Accept()
if e != nil {
select {
// 退出
case <-srv.getDoneChan():
return ErrServerClosed
default:
}
...
return e
}
tempDelay = 0
c := srv.newConn(rw)
c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
go c.serve(ctx)
}
}
那么如何保证用户在请求完成后，再关闭连接的？
func (s *Server) doKeepAlives() bool {
return atomic.LoadInt32(&s.disableKeepAlives) == 0 && !s.shuttingDown()
}
// Serve a new connection.
func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
defer func() {
... xiaorui.cc ...
if !c.hijacked() {
// 关闭连接，并且标记退出
c.close()
c.setState(c.rwc, StateClosed)
}
}()
...
ctx, cancelCtx := context.WithCancel(ctx)
c.cancelCtx = cancelCtx
defer cancelCtx()
c.r = &connReader{conn: c}
c.bufr = newBufioReader(c.r)
c.bufw = newBufioWriterSize(checkConnErrorWriter{c}, 4<<10)
for {
// 接收请求
w, err := c.readRequest(ctx)
if c.r.remain != c.server.initialReadLimitSize() {
c.setState(c.rwc, StateActive)
}
...
...
// 匹配路由及回调处理方法
serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
w.cancelCtx()
if c.hijacked() {
return
}
...
// 判断是否在shutdown mode, 选择退出
if !w.conn.server.doKeepAlives() {
return
}
}
...
优雅重启
方法演进
从linux系统的角度
- 直接使用
exec，把代码段替换成新的程序的代码， 废弃原有的数据段和堆栈段并为新程序分配新的数据段与堆栈段，唯一留下的就是进程号。
这样就会存在的一个问题就是老进程无法优雅退出，老进程正在处理的请求无法正常处理完成后退出。
并且新进程服务的启动并不是瞬时的，新进程在listen之后accept之前，新连接可能因为syn queue队列满了而被拒绝(这种情况很少, 但在并发很高的情况下是有可能出现)。这里结合下图与TCP三次握手的过程来看可能会好理解很多，个人感觉有种豁然开朗的感觉.
- 通过
fork后exec创建新进程，exec前在老进程中通过fcntl(fd, F_SETFD, 0);清除FD_CLOEXEC标志，之后exec新进程就会继承老进程 的fd并可以直接使用。
之后新进程和老进程listen相同的fd同时提供服务， 在新进程正常启动服务后发送信号给老进程, 老进程优雅退出。
之后所有请求 都到了新进程也就完成了本次优雅重启。
结合实际线上环境存在的问题: 这时新的子进程由于父进程的退出, 系统会把它的父进程改成1号进程,由于线上环境大多数服务都是通过supervisor进行管理的,这就会存在一个问题,supervisor会认为服务异常退出, 会重新启动一个新进程.
通过给文件描述符设置
SO_REUSEPORT标志让两个进程监听同一个端口, 这里存在的问题是这里使用的是两个不同的FD监听同一个端口，老进程退出的时候。syn queue队列中还未被accept的连接会被内核kill掉。通过
ancilliary data系统调用使用UNIX域套接字在进程之间传递文件描述符， 这样也可以实现优雅重启。但是这样的实现会比较复杂，HAProxy中 实现了该模型。直接
fork然后exec调用，子进程会继承所有父进程打开的文件描述符， 子进程拿到的文件描述符从3递增， 顺序与父进程打开顺序一致。子进程通过epoll_ctl注册fd并注册事件处理函数(这里以epoll模型为例)， 这样子进程就能和父进程监听同一个端口的请求了(此时父子进程同时提供服务)， 当子进程正常启动并提供服务后 发送SIGHUP给父进程， 父进程优雅退出此时子进程提供服务， 完成优雅重启。
Golang中的实现
从上面看， 相对来说比较容易的实现是直接forkandexec的方式最简单， 那么接下来讨论下在Golang中的具体实现。
我们知道Golang中socket的fd默认是设置了FD_CLOEXEC标志的(net/sys_cloexec.go参考源码)
// Wrapper around the socket system call that marks the returned file
// descriptor as nonblocking and close-on-exec.
func sysSocket(family, sotype, proto int) (int, error) {
// See ../syscall/exec_unix.go for description of ForkLock.
syscall.ForkLock.RLock()
s, err := socketFunc(family, sotype, proto)
if err == nil {
syscall.CloseOnExec(s)
}
syscall.ForkLock.RUnlock()
if err != nil {
return -1, os.NewSyscallError("socket", err)
}
if err = syscall.SetNonblock(s, true); err != nil {
poll.CloseFunc(s)
return -1, os.NewSyscallError("setnonblock", err)
}
return s, nil
}
所以在exec后fd会被系统关闭，但是我们可以直接通过os.Command来实现。
这里有些人可能有点疑惑了不是FD_CLOEXEC标志的设置，新起的子进程继承的fd会被关闭。
事实是os.Command启动的子进程可以继承父进程的fd并且使用, 阅读源码我们可以知道os.Command中通过Stdout,Stdin,Stderr以及ExtraFiles 传递的描述符默认会被Golang清除FD_CLOEXEC标志, 通过Start方法追溯进去我们可以确认我们的想法。(syscall/exec_{GOOS}.go我这里是macos的源码实现参考源码)
// dup2(i, i) won't clear close-on-exec flag on Linux,
// probably not elsewhere either.
_, _, err1 = rawSyscall(funcPC(libc_fcntl_trampoline), uintptr(fd[i]), F_SETFD, 0)
if err1 != 0 {
goto childerror
}
结合supervisor时的问题
实际项目中, 线上服务一般是被supervisor启动的, 如上所说的我们如果通过父子进程, 子进程启动后退出父进程这种方式的话存在的问题就是子进程会被1号进程接管, 导致supervisor 认为服务挂掉重启服务,为了避免这种问题我们可以使用master, worker的方式。
这种方式基本思路就是: 项目启动的时候程序作为master启动并监听端口创建socket描述符但是不对外提供服务, 然后通过os.Command创建子进程通过Stdin, Stdout, Stderr,ExtraFiles和Env传递标椎输入输出错误和文件描述符以及环境变量. 通过环境变量子进程可以知道自己是子进程并通过os.NewFile将fd注册到epoll中, 通过fd创建TCPListener对象, 绑定handle处理器之后accept接受请求并处理， 参考伪代码:
f := os.NewFile(uintptr(3+i), "")
l, err := net.FileListener(f)
if err != nil {
return fmt.Errorf("failed to inherit file descriptor: %d", i)
}
server:=&http.Server{Handler: handler}
server.Serve(l)
上述过程只是启动了worker进程并提供服务, 真正的优雅重启, 可以通过接口(由于线上环境发布机器可能没有权限,只能曲线救国)或者发送信号给worker进程,worker 发送信号给master, master进程收到信号后起一个新worker, 新worker启动并正常提供服务后发送一个信号给master,master发送退出信号给老worker,老worker退出.
日志收集的问题， 如果项目本身日志是直接打到文件，可能会存在fd滚动等问题(目前没有研究透彻). 目前的解决方案是项目log全部输出到stdout由supervisor来收集到日志文件， 创建worker的时候stdout, stderr是可以继承过去的，这就解决了日志的问题， 如果有更好的方式环境一起探讨。
参考文章
谈谈golang网络库的入门认识
深入理解Linux TCP backlog
go优雅升级/重启工具调研
记一次惊心的网站TCP队列问题排查经历
accept和accept4的区别
