腾讯三面:一台服务器,最大支持的TCP连接数是多少?

小林coding

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· 2024-03-26

大家好，我是小林。

最近有读者面试腾讯的时候，被问到 2 个很有意思的问题：

一个服务端进程最大能支持多少条 TCP 连接？
一台服务器最大能支持多少条 TCP 连接？

很多同学第一反应就是端口的限制，端口号最多是 65536个，那就最多只能支持 65536 条 TCP 连接。

实际上这是不对的！

今天都带大家分析一波这两个问题。

一个服务端进程最多能支持多少条 TCP 连接？

首先我们要知道 TCP 连接本质上在内核里就是一个 socket 对象。

      
      struct socket {  
    ....
    //INET域专用的一个socket表示, 提供了INET域专有的一些属性，比如 IP地址，端口等
    struct sock             *sk;  
    //TCP连接的状态：SYN_SENT、SYN_RECV、ESTABLISHED.....
    short                   type;  
    ....
};  

struct inet_sock {  
...
  __u32    daddr;   //IPv4的目标地址。  
  __u16    dport;   //目标端口。   
  __u32    saddr;   //源地址。  
  __u16    sport;   //源端口。  
...
};

这个 socket 对象也就是一个数据结构，里面包含了 TCP 四元组的信息：源IP、源端口、目标IP、目标端口。

TCP 四元组

所以，只要确认了【源IP、源端口、目标IP、目标端口】这四个信息，就能在内核中找到这个 socket 对象，也就能确定一条 TCP 连接。

一个服务端进程通常是监听 1 个端口号（当然也可能监听多个端口号，这里不考虑），比如我的图解网站的 nginx 服务，就监听了 443 端口。

你们看图解网站的时候，实际上就是通过 nginx 服务把网页数据发送给你们的。

然后，服务端进程除了会固定监听某个一个端口之外，也通常会绑定 0.0.0.0 IP 地址。

这个IP地址是特殊的， 0.0.0.0 指的是本机上的所有IPV4地址，如果一个主机有两个 IP 地址，192.168.1.1 和 10.1.2.1，并且该主机上的一个服务监听的地址是0.0.0.0，那么通过两个 IP 地址都能够访问该服务。

所以一个服务端进程，意味着他的 IP地址和端口号是固定的（0.0.0.0:443）。

也就是当客户端与服务端建立一条 TCP 连接的时候，这个 TCP 连接的四元组信息中服务端的 IP地址和端口号是固定的，能产生变化的就是客户端的 IP 地址和端口号了。

因此，一个服务端进程最大能支持的 TCP 连接个数的计算公式如下：

对 IPv4，客户端的 IP 数最多为 2 的 32 次方，客户端的端口数最多为 2 的 16 次方。

那么一个服务端进程理想情况下，最大的 TCP 连接数约为 2 的 48 次方（2^32 (ip数) * 2^16 (端口数），这数值是非常夸张的了，约等于两百多万亿！

当然，服务端进程最大能支持的 TCP 连接数远不能达到理论上限，还会受到文件描述符、内存大小资源的限制，毕竟 socket 在 Linux 的视角其实就是文件资源，而且一个 socket 对象也会占用一定的内存资源。

因此，会受以下因素影响：

文件描述符限制，每个 TCP 连接都是一个文件，如果文件描述符被占满了，会发生 Too many open files。Linux 对可打开的文件描述符的数量分别作了三个方面的限制：
- 系统级：当前系统可打开的最大数量，通过 cat /proc/sys/fs/file-max 查看；
- 用户级：指定用户可打开的最大数量，通过 cat /etc/security/limits.conf 查看；
- 进程级：单个进程可打开的最大数量，通过 cat /proc/sys/fs/nr_open 查看；
内存限制，每个 TCP 连接都要占用一定内存，操作系统的内存是有限的，如果内存资源被占满后，会发生 OOM。