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详解Linux服务器最大tcp连接数

 
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网络编程
在tcp应用中,server事先在某个固定端口监听,client主动发起连接,经过三路握手后建立tcp连接。那么对单机,其最大并发tcp连接数是多少?

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:{local ip, local port,remote ip,remote 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,最大tcp连接数为65535,这些连接可以连到不同的server ip。

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remote ip(也就是client ip)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。

 

那么单台服务器上的并发TCP连接数可以有多少

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。在默认2.6内核配置下,经过试验,每个socket占用内存在15~20k之间。
影响一个socket占用内存的参数包括:
rmem_max
wmem_max
tcp_rmem
tcp_wmem
tcp_mem
grep skbuff /proc/slabinfo
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 是没问题的,国外 Urban Airship 公司在产品环境中已做到 50 万并发 。在实际应用中,对大规模网络应用,还需要考虑C10K 问题。

 

下面再详解一下文件句柄限制和端口限制两大常识

常识一:文件句柄限制

在linux下编写网络服务器程序的朋友肯定都知道每一个tcp连接都要占一个文件描述符,一旦这个文件描述符使用完了,新的连接到来返回给我们的错误是“Socket/File:Can't open so many files”。

这时你需要明白操作系统对可以打开的最大文件数的限制。

进程限制

执行 ulimit -n 输出 1024,说明对于一个进程而言最多只能打开1024个文件,所以你要采用此默认配置最多也就可以并发上千个TCP连接。

临时修改:ulimit -n 1000000,但是这种临时修改只对当前登录用户目前的使用环境有效,系统重启或用户退出后就会失效。

重启后失效的修改(不过我在CentOS 6.5下测试,重启后未发现失效):编辑 /etc/security/limits.conf 文件, 修改后内容为

* soft nofile 1000000

* hard nofile 1000000

永久修改:编辑/etc/rc.local,在其后添加如下内容

ulimit -SHn 1000000

全局限制

执行 cat /proc/sys/fs/file-nr 输出 9344 0 592026,分别为:1.已经分配的文件句柄数,2.已经分配但没有使用的文件句柄数,3.最大文件句柄数。但在kernel 2.6版本中第二项的值总为0,这并不是一个错误,它实际上意味着已经分配的文件描述符无一浪费的都已经被使用了 。

我们可以把这个数值改大些,用 root 权限修改 /etc/sysctl.conf 文件:

fs.file-max = 1000000

net.ipv4.ip_conntrack_max = 1000000

net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_max = 1000000

常识二:端口号范围限制?

操作系统上端口号1024以下是系统保留的,从1024-65535是用户使用的。由于每个TCP连接都要占一个端口号,所以我们最多可以有60000多个并发连接。我想有这种错误思路朋友不在少数吧?(其中我过去就一直这么认为)

我们来分析一下吧

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:{local ip, local port,remote ip,remote port}。好吧,我们拿出《UNIX网络编程:卷一》第四章中对accept的讲解来看看概念性的东西,第二个参数cliaddr代表了客户端的ip地址和端口号。而我们作为服务端实际只使用了bind时这一个端口,说明端口号65535并不是并发量的限制。

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remote ip(也就是client ip)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。

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