1. 問題描述
有時候用redis客戶端（php或者java客戶端）連接Redis服務器，報錯：“Cannot assign requested address。”
原因是客戶端頻繁的連接服務器，由於每次連接都在很短時間內結束，導致很多的TIME_WAIT。所以新的連接沒辦法綁定端口，即“Cannot assign requested address”。
我們可以通過netstat -nat | grep 127.0.0.1:6380 查看連接127.0.0.1:6380的狀態。你會發現很多TIME_WAIT。
很多人想到要用修改內核參數來解決：
執行命令修改如下2個內核參數
sysctl -w net.ipv4.tcp_timestamps=1 開啓對於TCP時間戳的支持,若該項設置爲0，則下面一項設置不起作用
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=1 表示開啓TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收
其實不然，根本沒有理解出現這個問題的本質原因。首先我們瞭解Redis處理客戶端連接的機制和TCP的TIME_WAIT.
2. Redis處理客戶端連接機制
（參考：http://redis.io/topics/clients）
1、建立連接（TCP連接）：
Redis 通過監聽一個 TCP 端口或者 Unix socket 的方式來接收來自客戶端的連接，當一個連接建立後，Redis 內部會進行以下一些操作：
首先，客戶端 socket 會被設置爲非阻塞模式，因爲 Redis 在網絡事件處理上採用的是非阻塞多路複用模型。 然後爲這個socket 設置 TCP_NODELAY 屬性，禁用 Nagle 算法 然後創建一個 readable 的文件事件用於監聽這個客戶端 socket 的數據發送
當客戶端連接被初始化後，Redis 會查看目前的連接數，然後對比配置好的 maxclients 值，如果目前連接數已經達到最大連接數 maxclients 了，那麼說明這個連接不能再接收，Redis 會直接返回客戶端一個連接錯誤，並馬上關閉掉這個連接。
2、服務器處理順序
如果有多個客戶端連接上 Redis，並且都向 Redis 發送命令，那麼 Redis 服務端會先處理哪個客戶端的請求呢？答案其實並不確定，主要與兩個因素有關，一是客戶端對應的 socket 對應的數字的大小，二是 kernal 報告各個客戶端事件的先後順序。
Redis 處理一個客戶端傳來數據的步驟如下：
它對觸發事件的 socket 調用一次 read()，只讀一次（而不是把這個 socket 上的消息讀完爲止），是爲了防止由於某個別客戶端持續發送太多命令，導致其它客戶端的請求長時間得不到處理的情況。 當然，當這一次 read() 調用完成後，它裏面無論包含多少個命令，都會被一次性順序地執行。這樣就保證了對各個客戶端命令的公平對待。 3、關於最大連接數 maxclients
在 Redis2.4 中，最大連接數是被直接硬編碼在代碼裏面的，而在2.6版本中這個值變成可配置的。maxclients 的默認值是 10000，你也可以在 redis.conf 中對這個值進行修改。
當然，這個值只是 Redis 一廂情願的值，Redis 還會照顧到系統本身對進程使用的文件描述符數量的限制。在啓動時 Redis 會檢查系統的 soft limit，以查看打開文件描述符的個數上限。如果系統設置的數字，小於咱們希望的最大連接數加32，那麼這個 maxclients 的設置將不起作用，Redis 會按系統要求的來設置這個值。（加32是因爲 Redis 內部會使用最多32個文件描述符，所以連接能使用的相當於所有能用的描述符號減32）。
當上面說的這種情況發生時（maxclients 設置後不起作用的情況），Redis 的啓動過程中將會有相應的日誌記錄。比如下面命令希望設置最大客戶端數量爲100000，所以 Redis 需要 100000+32 個文件描述符，而系統的最大文件描述符號設置爲10144，所以 Redis 只能將 maxclients 設置爲 10144 – 32 = 10112。
$ ./redis-server –maxclients 100000
[41422] 23 Jan 11:28:33.179 # Unable to set the max number of files limit to 100032 (Invalid argument), setting the max clients configuration to 10112.
所以說當你想設置 maxclients 值時，最好順便修改一下你的系統設置，當然，養成看日誌的好習慣也能發現這個問題。
具體的設置方法就看你個人的需求了，你可以只修改此次會話的限制，也可以直接通過sysctl 修改系統的默認設置。如：
ulimit -Sn 100000 # This will only work if hard limit is big enough.
sysctl -w fs.file-max=100000
4、輸出緩衝區大小限制
對於 Redis 的輸出（也就是命令的返回值）來說，其大小經常是不可控的，可能是一個簡單的命令，能夠產生體積龐大的返回數據。另外也有可能因爲執行命令太多，產生的返回數據的速率超過了往客戶端發送的速率，這時也會產生消息堆積，從而造成輸出緩衝區越來越大，佔用過多內存，甚至導致系統崩潰。
所以 Redis 設置了一些保護機制來避免這種情況的出現，這些機制作用於不同種類的客戶端，有不同的輸出緩衝區大小限制，限制方式有兩種：
一種是大小限制，當某一個客戶端的緩衝區超過某一大小時，直接關閉掉這個客戶端連接 另一種是當某一個客戶端的緩衝區持續一段時間佔用空間過大時，也直接關閉掉客戶端連接
對於不同客戶端的策略如下：
對普通客戶端來說，限制爲0，也就是不限制，因爲普通客戶端通常採用阻塞式的消息應答模式，如：發送請求，等待返回，再發請求，再等待返回。這種模式通常不會導致輸出緩衝區的堆積膨脹。 對於 Pub/Sub 客戶端來說，大小限制是32m，當輸出緩衝區超過32m時，會關閉連接。持續性限制是，當客戶端緩衝區大小持續60秒超過8m，也會導致連接關閉。 而對於 Slave 客戶端來說，大小限制是256m，持續性限制是當客戶端緩衝區大小持續60秒超過64m時，關閉連接。
上面三種規則都是可配置的。可以通過 CONFIG SET 命令或者修改 redis.conf 文件來配置。
5、輸入緩衝區大小限制
Redis 對輸入緩衝區大小的限制比較暴力，當客戶端傳輸的請求大小超過1G時，服務端會直接關閉連接。這種方式可以有效防止一些客戶端或服務端 bug 導致的輸入緩衝區過大的問題。
6、Client超時
對當前的 Redis 版本來說，服務端默認是不會關閉長期空閒的客戶端的。但是你可以修改默認配置來設置你希望的超時時間。比如客戶端超過多長時間無交互，就直接關閉。同理，這也可以通過 CONFIG SET 命令或者修改 redis.conf 文件來配置。
值得注意的是，超時時間的設置，只對普通客戶端起作用，對 Pub/Sub 客戶端來說，長期空閒狀態是正常的。
另外，實際的超時時間可能不會像設定的那樣精確，這是因爲 Redis 並不會採用計時器或者輪訓遍歷的方法來檢測客戶端超時，而是通過一種漸近式的方式來完成，每次檢查一部分。所以導致的結果就是，可能你設置的超時時間是10s，但是真實執行的時間是超時12s後客戶端才被關閉。
3. TCP的TIME_WAIT狀態
主動關閉的Socket端會進入TIME_WAIT狀態，並且持續2MSL時間長度，MSL就是maximum segment lifetime(最大分節生命期），在windows下默認240秒，MSL是一個IP數據包能在互聯網上生存的最長時間，超過這個時間將在網絡中消失。MSL在RFC 1122上建議是2分鐘，而源自berkeley的TCP實現傳統上使用30秒，因而，TIME_WAIT狀態一般維持在1-4分鐘。
TIME_WAIT狀態存在的理由：
1）可靠地實現TCP全雙工連接的終止：（即在TIME_WAIT下等待2MSL，只是爲了盡最大努力保證四次握手正常關閉）。
TCP協議規定，對於已經建立的連接，網絡雙方要進行四次握手才能成功斷開連接，如果缺少了其中某個步驟，將會使連接處於假死狀態，連接本身佔用的資源不會被釋放。
在進行關閉連接四路握手協議時，最後的ACK是由主動關閉端發出的，如果這個最終的ACK丟失，服務器將重發最終的FIN，因此客戶端必須維護狀態信息允許它重發最終的ACK。如果不維持這個狀態信息，那麼客戶端將響應RST分節，因而，要實現TCP全雙工連接的正常終止，必須處理終止序列四個分節中任何一個分節的丟失情況，主動關閉的客戶端必須維持狀態信息進入TIME_WAIT狀態。
我們看客戶端主動關閉服務器被動關閉四次握手的流程：
1、 客戶端發送FIN報文段，進入FIN_WAIT_1狀態。
2、 服務器端收到FIN報文段，發送ACK表示確認，進入CLOSE_WAIT狀態。
3、 客戶端收到FIN的確認報文段，進入FIN_WAIT_2狀態。
4、 服務器端發送FIN報文端，進入LAST_ACK狀態。
5、 客戶端收到FIN報文端，發送FIN的ACK，同時進入TIME_WAIT狀態，啓動TIME_WAIT定時器，超時時間設爲2MSL。
6、 服務器端收到FIN的ACK，進入CLOSED狀態。
7、 客戶端在2MSL時間內沒收到對端的任何響應，TIME_WAIT超時，進入CLOSED狀態。
如果不考慮報文延遲、丟失，確認延遲、丟失等情況，TIME_WAIT的確沒有存在的必要。當網絡在不理想的情況下通常會有報文的丟失延遲發生，讓我們看下面的一個特例：
客戶端進入發送收到四次握手關閉的最後一個ACK後，進入TIME_WAIT同時發送ACK，如果其不停留2MSL時間，而是馬上關閉連接，銷燬連接上的資源，當發送如下情況時，將不能正常的完成四次握手關閉：
客戶端發送的ACK在網路上丟失，這樣服務器端收不到最後的ACK，重傳定時器超時，將重傳FIN到客戶端，由於客戶端關於該連接的所有資源都釋放，收到重傳的FIN後，它沒有關於這個FIN的任何信息，所以向服務器端發送一個RST報文端，服務器端收到RST後，認爲搞連接出現了異常（而非正常關閉）。
所以，在TIME_WAIT狀態下等待2MSL時間端，是爲了能夠正確處理第一個ACK（最長生存時間爲MSL）丟失的情況下，能夠收到對端重傳的FIN（最長生存時間爲MSL），然後重傳ACK。
是否只要主動關閉方在TIME_WAIT狀態下停留2MSL，四次握手關閉就一定正常完成呢？
答案是否定的？可以考慮如下的情況，
TIME_WAIT狀態下發送的ACK丟失，LAST_ACK時刻設定的重傳定時器超時，發送重傳的FIN，很不幸，這個FIN也丟失，主動關閉方在TIME_WAIT狀態等待2MSL沒收到任何報文段，進入CLOSED狀態，當此時被動關閉方並沒有收到最後的ACK。所以即使要主動關閉方在TIME_WAIT狀態下停留2MSL，也不一定表示四次握手關閉就一定正常完成。
2）確保老的報文段在網絡中消失，不會影響新建立的連接
考慮如下的情況，主動關閉方在TIME_WAIT狀態下發送的ACK由於網絡延遲的原因沒有按時到底（但並沒有超過MSL的時間），導致被動關閉方重傳FIN，在FIN重傳後，延遲的ACK到達，被動關閉方進入CLOSED狀態，如果主動關閉方在TIME_WAIT狀態下發送ACK後馬上進入CLOSED狀態（也就是沒有等待）2MSL時間，則上述的連接已不存在：
現在考慮下面的情況，假設客戶端（192.186.0.1:23） 到服務器192.168.1.1:6380）的TCP連接, 由於連接已關閉，我們可以馬上建立一個相同的IP地址和端口之間的TCP連接，並且這個連接也是客戶端（192.186.0.1:23） 到服務器192.168.1.1:6380），那麼當上一個連接的重傳FIN到達主動關閉方時，被新的連接所接受，這將導致新的連接被複位，很顯然，這不是我們希望看到的事情。
新的連接要建立，必須是在主動關閉方和被動關閉方都進入到CLOSED狀態之後纔有可能。所以，最有可能導致舊的報文段影響新的連接的情況是：
在TIME_WAIT狀態之前，主動關閉方發送的報文端在網絡中延遲，但是TIME_WAIT設定爲2MSL時，這些報文端必然會在網絡中消失（最大生存時間爲MSL）。被動關閉方最有可能影響新連接的報文段就是我們上面討論的情況，對方ACK延遲到達，在此之前重傳的FIN,這個報文端發送之後，TIME_WAIT的定時器超時時間肯定大於MSL，在1MSL時間內，這個FIN要麼在網絡中因爲生成時間到達而消失，要麼到達主動關閉方被這確的處理，不會影響新建立的連接。
新的SCTP協議通過在消息頭部添加驗證標誌避免了TIME_WAIT狀態。
3）有關內核級別的keepalive和time_wait的優化調整
有關內核級別的keepalive和time_wait的優化調整
vi /etc/sysctl
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1800
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.core.netdev_max_backlog =8096
修改完記的使用sysctl -p 讓它生效
以上參數的註解
/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse
該文件表示是否允許重新應用處於TIME-WAIT狀態的socket用於新的TCP連接。
/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle
recyse是加速TIME-WAIT sockets回收
對tcp_tw_reuse和tcp_tw_recycle的修改，可能會出現.warning, got duplicate tcp line warning, got BOGUS tcp line.上面這二個參數指的是存在這兩個完全一樣的TCP連接，這會發生在一個連接被迅速的斷開並且重新連接的情況，而且使用的端口和地址相同。但基本 上這樣的事情不會發生，無論如何，使能上述設置會增加重現機會。這個提示不會有人和危害，而且也不會降低系統性能，目前正在進行工作
/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
表示當keepalive起用的時候,TCP發送keepalive消息的頻度。缺省是2小時
/proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout 最佳值和BSD一樣爲30
fin_wait1狀態是在發起端主動要求關閉tcp連接，並且主動發送fin以後，等待接收端回覆ack時候的狀態。對於本端斷開的socket連接，TCP保持在FIN-WAIT-2狀態的時間。對方可能會斷開連接或一直不結束連接或不可預料的進程死亡。
/proc/sys/net/core/netdev_max_backlog
該文件指定了，在接口接收數據包的速率比內核處理這些包的速率快時，允許送到隊列的數據包的最大數目
4）time_wait的優化處理
Linux系統中TCP是面向連接的,在實際應用中通常都需要檢測連接是否還可用.如果不可用,可分爲:
a. 連接的對端正常關閉.
b. 連接的對端非正常關閉,這包括對端設備掉電,程序崩潰,網絡被中斷等.這種情況是不能也無法通知對端的,所以連接會一直存在,浪費國家的資源.
TCP協議棧有個keepalive的屬性,可以主動探測socket是否可用,不過這個屬性的默認值很大.
全局設置可更改/etc/sysctl.conf,加上:
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 20
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 60
在程序中設置如下:
int keepAlive = 1; // 開啓keepalive屬性
int keepIdle = 60; // 如該連接在60秒內沒有任何數據往來,則進行探測
int keepInterval = 5; // 探測時發包的時間間隔爲5 秒
int keepCount = 3; // 探測嘗試的次數.如果第1次探測包就收到響應了,則後2次的不再發.
setsockopt(rs, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepAlive, sizeof(keepAlive));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void*)&keepIdle, sizeof(keepIdle));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void *)&keepInterval, sizeof(keepInterval));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keepCount, sizeof(keepCount));
4. 解決問題
我們瞭解Redis處理客戶端連接的機制和TCP的TIME_WAIT.我們可以重現上述問題，我們快速建立2000個連接，
<?php
$num = 2000;
for($i=0; $i<$num; $i++) {
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1',6379);
//sleep(1);
}
sleep(10);
然後查看狀態：netstat -nat | grep 127.0.0.1:6379你會發現很多TIME_WAIT。
如果$num加大到40000或者，報錯：Cannot assign requested address。
因此如果客戶端（php）連接redis出現這個問題，說明你程序出現bug了。你某個循環裏面實例化Redis了（即每次都new Redis）,造成每一次循環都建立一個連接。
解決這個問題不是修改內核參數，而是把連接redis封裝成單實例，確保在同一進程內，連接redis是唯一實例。
class Class_Redis {
private $_redis;
private static $_instance = null;
private function __construct() {
$this->_redis = new Redis();
$this->_redis->connect('127.0.0.1',6379);
}
public static function getInstance() {
if(self::$_instance === null) {
self::$_instance = new self();
}
return self::$_instance;
}
public function getRedis() {
return $this->_redis;
}
}