Linux服务器支持TCP连接的探索
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux服务器支持TCP连接的探索相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
Linux服务器支持TCP连接的探索
一、如何统计可建立的TCP连接数
"TCP连接四元组是源IP地址、源端口、目的IP地址和目的端口。任意一个元素发生了改变，那么就代表的是一条完全不同的连接了。拿我的nginx举例，它的端口是固定使用80。另外我的IP也是固定的，这样目的IP地址、目的端口都是固定的。剩下源IP地址、源端口是可变的。所以理论上我的Nginx上最多可以建立2的32次方（ip数）×2的16次方（port数）个连接。这是两百多万亿的一个大数字！！"
若一个客户端建立大量连接时，并全是目标IP的一个端口，那么可能就出现错误。
无法分配请求地址：端口不够用。
### 查看端口号
cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
1024 65000
二、TCP连接所受限制
实际上：处理并发的数量是根据每条并发上数据处理的工作量决定的，因为处理的数据量受到性能的限制。
其实不然，除了CPU性能，还有可创建文件对象的数量也会限制TCP连接的数量（创建一条TCP连接就需要创建一个文件，而操作系统限制文件对象的数量）。
Linux系统在系统级、用户级、进程级都有最大可打开文件数量限制。
进程每打开一个文件（linux下一切皆文件，包括socket），都会消耗一定的内存资源。
如果有不怀好心的人启动一个进程来无限的创建和打开新的文件，会让服务器崩溃。所以linux系统出于安全角度的考虑，在多个位置都限制了可打开的文件描述符的数量，包括系统级、用户级、进程级。
这三个限制的含义和修改方式如下：
系统级：当前系统可打开的最大数量，通过fs.file-max参数可修改
用户级：指定用户可打开的最大数量，修改/etc/security/limits.conf
进程级：单个进程可打开的最大数量，通过fs.nr_open参数可修改
### 接收缓存区大小是可以配置的，通过sysctl命令就可以查看
$ sysctl -a | grep rmem
## 4096可直接影响TCP分配发送缓存区大小
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 8388608
net.core.rmem_default = 212992
net.core.rmem_max = 8388608
## tcp_rmem"中的第一个值是为你们的TCP连接所需分配的最少字节数。该值默认是4K，最大的话8MB之多。也就是说你们有数据发送的时候我需要至少为对应的socket再分配4K内存，甚至可能更大。
操作系统接收的数据包需要经过内核协议栈处理，接收数据和发送数据都需要缓冲区，所以也需要消耗CPU进行发送。
## 查看TCP的连接数
ss -n | grep ESTAB | wc -l
1000024
## 内核Slab占用，MemFree和Buffers剩余内存
$ cat /proc/meminfo
MemTotal: 3922956 kB
MemFree: 96652 kB
MemAvailable: 6448 kB
Buffers: 44396 kB
......
Slab: 3241244KB kB
slabtop命令可以查看到densty、flip、sock_inode_cache、TCP四个内核对象
总结整理
问题一：端口号资源
当同一个客户端建立大量连接时，会报错：表示端口号不够用啦！一个劲地对着同一个 IP 和端口创建 TCP 连接，端口号不够用了，源端口那里没法给了。
可是知道端口号是 16 位的，范围是 1~65535，一共可以创建 65535 个 TCP 连接，Linux 对可使用的端口范围是有具体限制的
### 查看端口范围
cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
问题二：文件描述资源
每维持一条TCP连接，就需要建立一个文件，Linux系统中文件数量是受限制的，而且传输数据的过程中，文件内存就会提升，一旦超过系统内存，系统就会崩溃。
进程每打开一个文件（linux下一切皆文件，包括socket），都会消耗一定的内存资源。消耗过多内存会让服务器崩溃。
三个限制文件数的含义和修改方式如下：
系统级：当前系统可打开的最大数量，通过fs.file-max参数可修改
用户级：指定用户可打开的最大数量，修改/etc/security/limits.conf
进程级：单个进程可打开的最大数量，通过fs.nr_open参数可修改
问题三：线程资源
办事效率越来越慢，建立一个TCP连接花的时间越来越久。因为大量线程在不停进行上下文切换，消耗了大量内存。
C10K 问题，就是当服务器连接数达到 1 万且每个连接都需要消耗一个线程资源时，操作系统就会不停地忙于线程的上下文切换，最终导致系统崩溃。
可以使用IO多路复用方式：一个线程可以管理多个 TCP 连接的资源，这样你就可以用少量的线程来管理大量的 TCP 连接。
问题四：CPU资源
错误叫内存溢出：每个TCP连接本身，以及这个连接所用到的缓冲区，都是需要占用一定内存的，现在内存（CPU暴毙了）已经被你占满了，不够用了，所以报了这个错。此时只能加大服务器内存或者kill无用进程了。
问题总结
| 资源 | 一台Linux服务器的资源 | 一个TCP连接占用的资源 | 占满了会发生什么 |
| CPU | 看你花多少钱买的 | 看你用它干嘛 | 电脑卡死 |
| 内存 | 看你花多少钱买的 | 取决于缓冲区大小 | OOM |
| 临时端口号 | ip_local_port_range | 1 | cannot assign requested address |
| 文件描述符 | fs.file-max | 1 | too many open files |
| 进程\\线程数 | ulimit -n | 看IO模型 | 系统崩溃 |
以上是关于Linux服务器支持TCP连接的探索的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章