2024-06-04
分类：开发笔记
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引言
上一篇研究了，一台电脑最多可以开启多少个客户端进程？这一篇研究 一个服务器程序，最大支持的TCP连接数是多少？
如何确定一个TCP连接？
首先我们要知道TCP连接的本质在内核里面是一个socket对象。
查找linux内核源码net目录下
```
C
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。
...
};
```
我们发现socket对象本质上也是一个数据结构，里面包含了TCP四元组信息：源IP、源端口、目标IP、目标端口。 \|
所以一个TCP连接是由 【源IP、源端口、目标IP、目标端口】这四个信息确定的，有了这4个信息就能在系统内核当中找到这个socket对象。
服务器程序的IP和端口
一个服务器程序通常是监听一个端口号（也有监听多个端口的情况，我们这里只考虑监听一个端口），比如你开发的游戏程序，对外提供一个端口30188，客户端访问这个端口就可以进行登陆游戏操作。
可以看到这个程序在30188端口进行监听，与此同时也能看到绑定了 0.0.0.0 IP地址。
所以一个服务器程序，它的IP地址和端口号是固定的（0.0.0.0:30188）
0.0.0.0 IP地址表示啥？为什么很多服务器程序绑定 0.0.0.0?
0.0.0.0 IP地址在互联网协议（IP）中是一个特殊的地址。它通常用于表示"本网络中的这个主机"，即本地主机。在不同的上下文中，0.0.0.0有不同的含义：
服务器绑定：当服务器程序绑定到0.0.0.0地址时，它实际上是在告诉操作系统监听所有可用的网络接口上的入站连接。这意味着无论数据从哪个网络接口进入（比如以太网接口、Wi-Fi接口等），服务器都能接受这些连接。这样做可以让服务器接受来自任何网络接口的连接，从而确保不会因为绑定到特定的接口而错过任何连接请求。
路由：在路由环境中，0.0.0.0可能表示一个默认路由或者是一个无效的目的地址。默认路由指的是当路由表中没有匹配特定目的地址的路由条目时，数据包应该被发送到的路由器。
客户端配置：在某些客户端配置中，0.0.0.0可能用作一个占位符，表示没有有效的IP地址配置，或者表示客户端应该使用自动IP地址分配（比如DHCP）来获取IP地址。
安全：在安全设置中，0.0.0.0有时被用来表示不应该监听任何网络接口，或者不应该允许任何来自外部的连接。
当服务器程序绑定到0.0.0.0时，它能够更加灵活地服务于多个网络接口，这对于希望接受来自任何网络源的连接的服务器来说是非常有用的。同时，它也简化了服务器配置，因为不需要为每个网络接口单独配置监听端口。
一个服务器程序的理论最大TCP连接数
通过上面的内容我们可以知道：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，一个服务器程序最大能支持的TCP连接个数应该是：
对于IPV4，客户端IP数最多为2的32次方，客户端端口数最多为2的16次方。
那么一个服务器程序的理论最大连接数为2的48次方，约等于两百万亿！
一个服务器程序的实际TCP连接数
实际上，一个服务器程序实际最大能支持的TCP连接数远不能达到理论值，还会受到文件描述符、内存等硬件方面的影响。
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做了三个方面的限制
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
一条处于 ESTABLISH 状态的 空闲TCP 连接具体占用多大内存？
一个 TCP 对象占用的大小，等于它所包含的一些数据结构占用大小的总和，也就是把上面这些数据结构的大小累加起来，就是一个 TCP 连接占用的大小了。计算下来一天处于ESTABLISH状态的初始空闲的TCP连接占用的大小大概是3.44KB。
创建⼀个socket 需要消耗 densty、flip、sock_inode_cache、TCP 四个内核对象。这些对象加起来总共需消耗⼤约 3 KB 多⼀点的内存。如果连接上有数据收发的话，还需要消耗发送、接收缓存区。这两个缓存区占⽤内存影响因素⽐较多，既受收发数据的⼤⼩，也受 tcp_rmem、tcp_wmem 等内核参数，还取决于服务器进程能否 及时接收（及时接收的话缓存区就能回收）
8G内存实际支持的最大TCP连接数
每条空闲的TCP连接大约占3.44K的内存
那么8GB内存的服务器，最大支持的TCP连接数 = 8GB/3.44KB 约等于240万
但是实际生产环境，TCP连接很多都是活的，很难达到百万级别。
总结
\|------------------------\|
\| 一个服务器程序最大支持的TCP连接数是多少？ \|
在不考虑服务器的内存和文件描述符的情况下，理论上一个服务端进程最多能支持约为 2 的 48 次方（2\^32 (ip数) \* 2\^16 (端口数），约等于两百多万亿！
在实际中很难达到理论值甚至相差甚远，每个 TCP 连接都是一个文件，会占用文件句柄资源，也会占用一定的内存空间。
题外话：
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