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物聯(lián)網(wǎng)高并發(fā)編程之單臺(tái)服務(wù)器最大并發(fā)TCP連接數(shù)

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摘要：對(duì)端，通過(guò)增加內(nèi)存修改最大文件描述符個(gè)數(shù)等參數(shù)，單機(jī)最大并發(fā)連接數(shù)超過(guò)萬(wàn)甚至上百萬(wàn)是沒(méi)問(wèn)題的，國(guó)外公司在產(chǎn)品環(huán)境中已做到萬(wàn)并發(fā)

[TOC]

前言

曾幾何時(shí)我們還在尋求網(wǎng)絡(luò)編程中C10K問(wèn)題的解決方案，但是現(xiàn)在從硬件和操作系統(tǒng)支持來(lái)看單臺(tái)服務(wù)器支持上萬(wàn)并發(fā)連接已經(jīng)沒(méi)有多少挑戰(zhàn)性了。

我們先假設(shè)單臺(tái)服務(wù)器最多只能支持萬(wàn)級(jí)并發(fā)連接，其實(shí)對(duì)絕大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠了，但是對(duì)于一些擁有很大用戶(hù)基數(shù)的互聯(lián)網(wǎng)公司，往往面臨的并發(fā)連接數(shù)是百萬(wàn)，千萬(wàn)，甚至騰訊的上億（注：QQ默認(rèn)用的UDP協(xié)議）。

雖然現(xiàn)在的集群，分布式技術(shù)可以為我們將并發(fā)負(fù)載分擔(dān)在多臺(tái)服務(wù)器上，那我們只需要擴(kuò)展出數(shù)十臺(tái)電腦就可以解決問(wèn)題，但是我們更希望能更大的挖掘單臺(tái)服務(wù)器的資源，先努力垂直擴(kuò)展，再進(jìn)行水平擴(kuò)展，這樣可以有效的節(jié)省服務(wù)器相關(guān)的開(kāi)支（硬件資源，機(jī)房，運(yùn)維，電力其實(shí)也是一筆不小的開(kāi)支）。

那么到底一臺(tái)服務(wù)器能夠支持多少TCP并發(fā)連接呢？

文件句柄限制

在linux下編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器程序的朋友肯定都知道每一個(gè)tcp連接都要占一個(gè)文件描述符，一旦這個(gè)文件描述符使用完了，新的連接到來(lái)返回給我們的錯(cuò)誤是：

“Socket/File:Can"t open so many files”

這時(shí)你需要明白操作系統(tǒng)對(duì)可以打開(kāi)的最大文件數(shù)的限制。

進(jìn)程限制

執(zhí)行 ulimit -n輸出 1024，說(shuō)明對(duì)于一個(gè)進(jìn)程而言最多只能打開(kāi)1024個(gè)文件，所以你要采用此默認(rèn)配置最多也就可以并發(fā)上千個(gè)TCP連接。

臨時(shí)修改：ulimit -n 1000000，但是這種臨時(shí)修改只對(duì)當(dāng)前登錄用戶(hù)目前的使用環(huán)境有效，系統(tǒng)重啟或用戶(hù)退出后就會(huì)失效。

重啟后失效的修改（不過(guò)我在CentOS 6.5下測(cè)試，重啟后未發(fā)現(xiàn)失效）：編輯 /etc/security/limits.conf 文件， 修改后內(nèi)容為

soft nofile 1000000

hard nofile 1000000

永久修改：編輯/etc/rc.local，在其后添加如下內(nèi)容

ulimit -SHn 1000000

全局限制

執(zhí)行 cat /proc/sys/fs/file-nr 輸出 9344 0 592026，分別為：

1.已經(jīng)分配的文件句柄數(shù)
2.已經(jīng)分配但沒(méi)有使用的文件句柄數(shù)
3.最大文件句柄數(shù)。

但在kernel 2.6版本中第二項(xiàng)的值總為0，這并不是一個(gè)錯(cuò)誤，它實(shí)際上意味著已經(jīng)分配的文件描述符無(wú)一浪費(fèi)的都已經(jīng)被使用了 。

我們可以把這個(gè)數(shù)值改大些，用 root 權(quán)限修改 /etc/sysctl.conf 文件:

fs.file-max = 1000000

net.ipv4.ip_conntrack_max = 1000000

net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_max = 1000000
端口號(hào)范圍限制？

操作系統(tǒng)上端口號(hào)1024以下是系統(tǒng)保留的，從1024-65535是用戶(hù)使用的。

由于每個(gè)TCP連接都要占一個(gè)端口號(hào)，所以我們最多可以有60000多個(gè)并發(fā)連接。我想有這種錯(cuò)誤思路朋友不在少數(shù)吧？（其中我過(guò)去就一直這么認(rèn)為）

我們來(lái)分析一下吧

其實(shí)65535這個(gè)數(shù)字，只是決定了服務(wù)器端最多可以擁有65535個(gè)Bind的Socket。

也就是說(shuō)，最多可以開(kāi)65535個(gè)服務(wù)器進(jìn)程，但是你要知道這個(gè)能夠連接客戶(hù)端的數(shù)量沒(méi)有任何關(guān)系，Accept過(guò)來(lái)的Socket是不需要Bind任何IP地址的，也沒(méi)有端口占用這一說(shuō)。作為Server端的Socket本身只負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)和接受連接操作

如何標(biāo)識(shí)一個(gè)TCP連接：系統(tǒng)用一個(gè)4四元組來(lái)唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)TCP連接：{local ip, local port,remote ip,remote port}。

我們作為服務(wù)端實(shí)際只使用了bind時(shí)這一個(gè)端口，說(shuō)明端口號(hào)65535并不是并發(fā)量的限制。

server最大tcp連接數(shù)：server通常固定在某個(gè)本地端口上監(jiān)聽(tīng)，等待client的連接請(qǐng)求。

不考慮地址重用（unix的SO_REUSEADDR選項(xiàng)）的情況下，即使server端有多個(gè)ip，本地監(jiān)聽(tīng)端口也是獨(dú)占的，因此server端tcp連接4元組中只有remote ip（也就是client ip）和remote port（客戶(hù)端port）是可變的，

因此最大tcp連接為客戶(hù)端ip數(shù)×客戶(hù)端port數(shù)，對(duì)IPV4，不考慮ip地址分類(lèi)等因素，最大tcp連接數(shù)約為2的32次方（ip數(shù)）×2的16次方（port數(shù)），

也就是server端單機(jī)最大tcp連接數(shù)約為2的48次方。

TCP連出受端口限制,連入僅受內(nèi)存限制

總結(jié)

上面給出的結(jié)論都是理論上的單機(jī)TCP并發(fā)連接數(shù)，實(shí)際上單機(jī)并發(fā)連接數(shù)肯定要受硬件資源（內(nèi)存）、網(wǎng)絡(luò)資源（帶寬）的限制。

對(duì)server端，通過(guò)增加內(nèi)存、修改最大文件描述符個(gè)數(shù)等參數(shù)，單機(jī)最大并發(fā)TCP連接數(shù)超過(guò)10萬(wàn),甚至上百萬(wàn) 是沒(méi)問(wèn)題的，國(guó)外 Urban Airship 公司在產(chǎn)品環(huán)境中已做到 50 萬(wàn)并發(fā)

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