一台服务器最大能支持多少条TCP连接

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一、一台服务器最大能打开的文件数

1、限制参数

我们知道在Linux中一切皆文件,那么一台服务器最大能打开多少个文件呢?Linux上能打开的最大文件数量受三个参数影响,分别是:

  • fs.file-max (系统级别参数):该参数描述了整个系统可以打开的最大文件数量。但是root用户不会受该参数限制(比如:现在整个系统打开的文件描述符数量已达到fs.file-max ,此时root用户仍然可以使用ps、kill等命令或打开其他文件描述符)
  • soft nofile(进程级别参数):限制单个进程上可以打开的最大文件数。只能在Linux上配置一次,不能针对不同用户配置不同的值
  • fs.nr_open(进程级别参数):限制单个进程上可以打开的最大文件数。可以针对不同用户配置不同的值

这三个参数之间还有耦合关系,所以配置值的时候还需要注意以下三点:

  1. 如果想加大soft nofile,那么hard nofile参数值也需要一起调整。如果因为hard nofile参数值设置的低,那么soft nofile参数的值设置的再高也没有用,实际生效的值会按照二者最低的来。
  2. 如果增大了hard nofile,那么fs.nr_open也都需要跟着一起调整(fs.nr_open参数值一定要大于hard nofile参数值)。如果不小心把hard nofile的值设置的比fs.nr_open还大,那么后果比较严重。会导致该用户无法登录,如果设置的是*,那么所有用户都无法登录
  3. 如果加大了fs.nr_open,但是是用的echo "xxx" > ../fs/nr_open命令来修改的fs.nr_open的值,那么刚改完可能不会有问题,但是只要机器一重启,那么之前通过echo命令设置的fs.nr_open值便会失效,用户还是无法登录。所以非常不建议使用echo的方式修改内核参数!!!

2、调整服务器能打开的最大文件数示例

假设想让进程可以打开100万个文件描述符,这里用修改conf文件的方式给出一个建议。如果日后工作里有类似的需求可以作为参考。

  • vim /etc/sysctl.conf

  • 使上面的配置生效sysctl -p
  • vim /etc/security/limits.conf

二、一台服务器最大能支持多少连接

我们知道TCP连接,从根本上看其实就是client和server端在内存中维护的一组【socket内核对象】(这里也对应着TCP四元组:源IP、源端口、目标IP、目标端口),他们只要能够找到对方,那么就算是一条连接。那么一台服务器最大能建立多少条连接呢?

  • 由于TCP连接本质上可以理解为是client-server端的一对socket内核对象,那么从理论上将应该是【2^32 (ip数) * 2^16 (端口数)】条连接(约等于两百多万亿)
  • 但是实际上由于受其他软硬件的影响,我们一台服务器不可能能建立这么多连接(主要是受CPU和内存限制)。

如果只以ESTABLISH状态的连接来算(这些连接只是建立,但是不收发数据也不处理相关的业务逻辑)那么一台服务器最大能建立多少连接呢?以一台4GB内存的服务器为例!

  • 这种情况下,那么能建立的连接数量主要取决于【内存的大小】(因为如果是)ESTABLISH状态的空闲连接,不会消耗CPU(虽然有TCP保活包传输,但这个影响非常小,可以忽略不计)
  • 我们知道一条ESTABLISH状态的连接大约消耗【3.3KB内存】,那么通过计算得知一台4GB内存的服务器,【可以建立100w+的TCP连接】(当然这里只是计算所有的连接都只建立连接但不发送和处理数据的情况,如果真实场景中有数据往来和处理(数据接收和发送都需要申请内存,数据处理便需要CPU),那便会消耗更高的内存以及占用更多的CPU,并发不可能达到100w+)

上面讨论的都是进建立连接的理想情况,在现实中如果有频繁的数据收发和处理(比如:压缩、加密等),那么一台服务器能支撑1000连接都算好的了,所以一台服务器能支撑多少连接还要结合具体的场景去分析,不能光靠理论值去算。抛开业务逻辑单纯的谈并发没有太大的实际意义

服务器的开销大头往往并不是连接本身,而是每条连接上的数据收发,以及请求业务逻辑处理!!!

三、一台客户端机器最多能发起多少条连接

我们知道客户端每和服务端建立一个连接便会消耗掉client端一个端口。一台机器的端口范围是【0 ~ 65535】,那么是不是说一台client机器最多和一台服务端机器建立65535个连接呢(这65535个端口里还有很多保留端口,可用端口可能只有64000个左右)?

由TCP连接的四元组特性可知,只要四元组里某一个元素不同,那么就认为这是不同的TCP连接。所以需要分情况讨论:

  • 【情况一】、如果一台client仅有一个IP,server端也仅有一个IP并且仅启动一个程序,监听一个端口的情况下,client端和这台server端最大可建立的连接条数就是 65535 个。

    • 因为源IP固定,目标IP和端口固定,四元组中唯一可变化的就是【源端口】,【源端口】的可用范围又是【0 ~ 65535】,所以一台client机器最大能建立65535个连接
  • 【情况二】、如果一台client有多个IP(假设客户端有 n 个IP),server端仅有一个IP并且仅启动一个程序,监听一个端口的情况下,一台client机器最大能建立的连接条数是:n * 65535

    • 因为目标IP和端口固定,有 n 个源IP,四元组中可变化的就是【源端口】+ 【源IP】,【源端口】的可用范围又是【0 ~ 65535】,所以一个IP最大能建立65535个连接,那么n个IP最大就能建立 n * 65535个连接了
    • 以现在的技术,给一个client分配多个IP是非常容易的事情,只需要去联系你们网管就可以做到。
  • 【情况三】、如果一台client仅有一个IP,server端也仅有一个IP但是server端启动多个程序,每个程序监听一个端口

    的情况下(比如server端启动了m个程序,监听了m个不同端口),一台client机器最大能建立的连接数量为:

    • 源IP固定,目标IP固定,目标端口数量为m个,可变化的是源端口,而源端口变化范围是【0 ~ 65535】,所以一台client机器最大能建立的TCP连接数量是 65535 * m
  • 其余情况类推,但是客户端的可用端口范围一般达不到65535个,受内核参数net.ipv4.ip_local_port_range限制,如果要修改client所能使用的端口范围,可以修改这个内核参数的值。

  • 所以,不光是一台server端可以接收100w+个TCP连接,一台client照样能发出100w+个连接

最大并发tcp连接数是多少呢?

首先,问题中描述的65535个连接指的是客户端连接数的限制。

在tcp应用中,server事先在某个固定端口监听,client主动发起连接,经过三次握手后建立tcp连接。那么对单机,其最大并发tcp连接数是多少呢?

如何标识一个TCP连接

在确定最大连接数之前,先来看看系统如何标识一个tcp连接。系统用一个4四元组来唯一标识一个TCP连接:{localip, localport,remoteip,remoteport} = {本地ip,本地port,远程ip,远程port}

client最大tcp连接数

client每次发起tcp连接请求时,除非绑定端口,通常会让系统选取一个空闲的本地端口(local port),该端口是独占的,不能和其他tcp连接共享。tcp端口的数据类型是unsigned short,因此本地端口个数最大只有65536,端口0有特殊含义,不能使用,这样可用端口最多只有65535,所以在全部作为client端的情况下,一个client最大tcp连接数为65535,这些连接可以连到不同的serverip。

server最大tcp连接数

server通常固定在某个本地端口上监听,等待client的连接请求。不考虑地址重用(unix的SO_REUSEADDR选项)的情况下,即使server端有多个ip,本地监听端口也是独占的,因此server端tcp连接4元组中只有remoteip(也就是clientip)和remote port(客户端port)是可变的,因此最大tcp连接为客户端ip数×客户端port数,对IPV4,不考虑ip地址分类等因素,最大tcp连接数约为2的32次方(ip数)×2的16次方(port数),也就是server端单机最大tcp连接数约为2的48次方。

实际的tcp连接数

上面给出的是理论上的单机最大连接数,在实际环境中,受到机器资源、操作系统等的限制,特别是sever端,其最大并发tcp连接数远不能达到理论上限。在unix/linux下限制连接数的主要因素是内存和允许的文件描述符个数(每个tcp连接都要占用一定内存,每个socket就是一个文件描述符),另外1024以下的端口通常为保留端口。

所以,对server端,通过增加内存、修改最大文件描述符个数等参数,单机最大并发TCP连接数超过10万,甚至上百万是没问题的。

这明显是进入了思维的误区,65535是指可用的端口总数,并不代表服务器同时只能接受65535个并发连接。

举个例子:

我们做了一个网站,绑定的是TCP的80端口,结果是所有访问这个网站的用户都是通过服务器的80端口访问,而不是其他端口。可见端口是可以复用的。

一台服务器最大能支持多少条TCP连接

即使Linux服务器只在80端口侦听服务, 也允许有10万、100万个用户连接服务器。Linux系统不会限制连接数至于服务器能不能承受住这么多的连接,取决于服务器的硬件配置、软件架构及优化。

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