大家好，我是小林。

最近有讀者面試騰訊的時候，被問到 2 個很有意思的問題：

一個服務端進程最大能支持多少條 TCP 連接？

一臺服務器最大能支持多少條 TCP 連接？

很多同學第一反應就是端口的限制，端口號最多是 65536個，那就最多只能支持 65536 條 TCP 連接。

實際上這是不對的！

今天都帶大家分析一波這兩個問題。

一個服務端進程最多能支持多少條 TCP 連接？

首先我們要知道 TCP 連接本質(zhì)上在內(nèi)核里就是一個 socket 對象。

structsocket{
....
//INET域?qū)Ｓ玫囊粋€socket表示,提供了INET域?qū)Ｓ械囊恍傩?，比如IP地址，端口等
structsock*sk;
//TCP連接的狀態(tài)：SYN_SENT、SYN_RECV、ESTABLISHED.....
shorttype;
....
};

structinet_sock{
...
__u32daddr;//IPv4的目標地址。
__u16dport;//目標端口。
__u32saddr;//源地址。
__u16sport;//源端口。
...
};

這個 socket 對象也就是一個數(shù)據(jù)結構，里面包含了 TCP 四元組的信息：源IP、源端口、目標IP、目標端口。

TCP 四元組

所以， 只要確認了【源IP、源端口、目標IP、目標端口】這四個信息，就能在內(nèi)核中找到這個 socket 對象，也就能確定一條 TCP 連接。

一個服務端進程通常是監(jiān)聽 1 個端口號（當然也可能監(jiān)聽多個端口號，這里不考慮），比如我的圖解網(wǎng)站的 nginx 服務，就監(jiān)聽了 443 端口。

你們看圖解網(wǎng)站的時候，實際上就是通過 nginx 服務把網(wǎng)頁數(shù)據(jù)發(fā)送給你們的。

然后，服務端進程除了會固定監(jiān)聽某個一個端口之外，也通常會綁定 0.0.0.0 IP 地址。

這個IP地址是特殊的， 0.0.0.0 指的是本機上的所有IPV4地址，如果一個主機有兩個 IP 地址，192.168.1.1 和 10.1.2.1，并且該主機上的一個服務監(jiān)聽的地址是0.0.0.0，那么通過兩個 IP 地址都能夠訪問該服務。

所以一個服務端進程，意味著他的 IP地址和端口號是固定的（0.0.0.0:443）。

也就是當客戶端與服務端建立一條 TCP 連接的時候，這個 TCP 連接的四元組信息中服務端的 IP地址和端口號是固定的，能產(chǎn)生變化的就是客戶端的 IP 地址和端口號了。

因此，一個服務端進程最大能支持的 TCP 連接個數(shù)的計算公式如下：

對 IPv4，客戶端的 IP 數(shù)最多為 2 的 32 次方，客戶端的端口數(shù)最多為 2 的 16 次方。

那么一個服務端進程理想情況下，最大的 TCP 連接數(shù)約為 2 的 48 次方（2^32 (ip數(shù)) * 2^16 (端口數(shù)），這數(shù)值是非常夸張的了，約等于兩百多萬億！

當然，服務端進程最大能支持的 TCP 連接數(shù)遠不能達到理論上限，還會受到文件描述符、內(nèi)存大小資源的限制，畢竟 socket 在 Linux 的視角其實就是文件資源，而且一個 socket 對象也會占用一定的內(nèi)存資源。

因此，會受以下因素影響：

文件描述符限制，每個 TCP 連接都是一個文件，如果文件描述符被占滿了，會發(fā)生 Too many open files。Linux 對可打開的文件描述符的數(shù)量分別作了三個方面的限制：

系統(tǒng)級：當前系統(tǒng)可打開的最大數(shù)量，通過 cat /proc/sys/fs/file-max 查看；

用戶級：指定用戶可打開的最大數(shù)量，通過 cat /etc/security/limits.conf 查看；

進程級：單個進程可打開的最大數(shù)量，通過 cat /proc/sys/fs/nr_open 查看；

內(nèi)存限制，每個 TCP 連接都要占用一定內(nèi)存，操作系統(tǒng)的內(nèi)存是有限的，如果內(nèi)存資源被占滿后，會發(fā)生 OOM。

一臺服務器最大最多能支持多少條 TCP 連接？

前面分析是一個服務端進程理的情況，理論上能最大支持約為 2 的 48 次方（2^32 (ip數(shù)) * 2^16 (端口數(shù)），約等于兩百多萬億！

那到了一臺服務器的視角就會有一點不一樣。

一臺服務器是可以有多個服務端進程的，每個服務端進程監(jiān)聽不同的端口，比如：ssh的22，Redis的6339，當然所有65535個端口你都可以用來監(jiān)聽一遍。

當然所有65535個端口你都可以用來監(jiān)聽一遍，這樣理論上線就到了2的32次方（ip數(shù)）×2的16次方（port數(shù)）×2的16次方（服務器port數(shù)）個，感興趣你可以算一下，這個基本相當于無窮個了。

不過理想和實際總是會有差距的！

因為Linux每維護一條TCP連接都要花費資源，處理連接請求，?；睿瑪?shù)據(jù)的收發(fā)時需要消耗一些CPU，維持TCP連接主要消耗內(nèi)存。

我們題目的問題是考慮最大多少個連接，所以我們先不考慮數(shù)據(jù)的收發(fā)，那么TCP在靜止的狀態(tài)下，就不怎么消耗CPU了，主要消耗內(nèi)存，而Linux上內(nèi)存是有限的。

首先，我們要知道一條處于 ESTABLISH 狀態(tài)的 TCP 連接具體占用多大內(nèi)存？

一個 TCP 對象占用的大小，等于它所包含的一些數(shù)據(jù)結構占用大小的總和，也是就把上面這些數(shù)據(jù)結構的大小累加起來，就是一個 TCP 連接占用的大小了。

這里直接給大家一個結論，一條處于 ESTABLISH 狀態(tài)的 TCP 連接占用的大小是 3.44 KB（0.81K+2.19K+0.19K+0.25K）。

TCP對象內(nèi)存開銷總結

也就是，每一條靜止狀態(tài)的TCP連接大約需要吃 3.44K 的內(nèi)存。

那么 8 GB 物理內(nèi)存的服務器，最大能支持的 TCP 連接數(shù)=8GB/3.44KB=2,438,956（約240萬）！

當然， 實際過程中的 TCP 連接，肯定不是靜止狀態(tài)的，還會進行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)了，那么這些過程還是會額外消耗更多的內(nèi)存資源的，并發(fā)很難達到百萬級別。

總結

一個服務端進程最多能支持多少條 TCP 連接？

如果在不考慮服務器的內(nèi)存和文件句柄資源的情況下，理論上一個服務端進程最多能支持約為 2 的 48 次方（2^32 (ip數(shù)) * 2^16 (端口數(shù)），約等于兩百多萬億！

但是在實際中是支持不了這個數(shù)值的，每個 TCP 連接都是一個文件，會占用文件句柄資源，也會占用一定的內(nèi)存空間。

一臺服務器最大最多能支持多少條 TCP 連接？

一臺服務器是可以有多個服務端進程的，每個服務端進程監(jiān)聽不同的端口，當然所有65535個端口你都可以用來監(jiān)聽一遍。

當然所有65535個端口你都可以用來監(jiān)聽一遍，這樣理論上線就到了2的32次方（ip數(shù)）×2的16次方（port數(shù)）×2的16次方（服務器port數(shù)）個，這個基本相當于無窮個了。

但是 Linux每維護一條TCP連接都要花費內(nèi)存資源的，每一條靜止狀態(tài)（不發(fā)送數(shù)據(jù)和不接收數(shù)據(jù)）的 TCP 連接大約需要吃 3.44K 的內(nèi)存，那么 8 GB 物理內(nèi)存的服務器，最大能支持的 TCP 連接數(shù)=8GB/3.44KB=2,438,956（約240萬）。

實際過程中的 TCP 連接，還會進行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)了，那么這些過程還是會額外消耗更多的內(nèi)存資源的，并發(fā)很難達到百萬級別。

審核編輯：劉清