Linux服务端的最大并发数是多少呢

本篇文章为大家展示了linux服务端的最大并发数是多少呢，内容简明扼要并且容易理解，绝对能使你眼前一亮，通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。

 1. 开场白

在开始今天的文章之前，先抛一个面试题出来：

你接触过的单机最大并发数是多少？

你认为当前正常配置的服务器物理机最大并发数可以到多少？

对于后端开发人员来说，并发数往往和技术难度是呈正相关的，实际上也确实如此：体量决定架构。

服务端根据不同业务场景会有不同的侧重点，单纯追求高并发其实并不是根本目的，高可用&稳定性更重要。

所以最终我们的目的是：保证高可用高稳定的基础上追求高并发，降本增效。

高可用&高并发是我们直观感受到的，本质上这是个复杂的系统工程，每个环节都会影响结果，每一块都值得研究和深入。

2. C10K问题和C10M问题

在2000年初的时候，全球互联网的规模并不大，但是当时就已经提出了C10K问题，所谓C10K就是单机1w并发问题，虽然现在不觉得是个难题了，但是这在当初是很有远见和挑战的问题。

在APUE第三版都没有提到epoll，所以我们解决C10K问题的时间并不长，其中io复用epoll/kqueue/iocp等技术对于C10k问题的解决起到了非常重要的作用。

开源大神们基于epoll/kqueue等开发了诸如libevent/libuv等网络库，从而大幅提高了高并发网络的开发效率，对于C/C++程序员来说并不陌生。

这里简单提一下针对下一个10年的展望和挑战：C10M问题。

站在浪尖的那一批人早就开始思考让单机达到1000w并发，现在听起来感觉不可思议，但是要达到这个目标，除了硬件上的提升，更重要的是对系统软件和协议栈的改造。

Errata Security的CEO Robert Graham在Shmoocon 2013大会上的演讲，大佬重要的观点是：

不要让OS内核执行所有繁重的任务：将数据包处理、内存管理、处理器调度等任务从内核转移到应用程序高效地完成，让诸如Linux这样的OS只处理控制层，数据层完全交给应用程序来处理。

确实也是如此，难道你不觉得Linux内核做了太多不该自己做的事情了吗？

近几年出现的DPDK、PFRING、NETMAP等技术也是类似的思想，现在流行的协处理器+CPU的架构也是这样的：

3. 服务器最大并发数分析

前面提到的C10K和C10M问题都是围绕着提升服务器并发能力展开的，但是难免要问：服务器最大的并发上限是多少？

3.1 五元组

做过通信的盆友们一定听过五元组这个概念，一个五元组可以唯一标记一个网络连接，所以要理解和分析最大并发数，就必须理解五元组：

这样的话，就可以基本认为：理论最大并发数 = 服务端唯一五元组数。

3.2 端口&IP组合数

那么对于服务器来说，服务端唯一五元组数最大是多少呢？

有人说是65535，显然不是，但是之所以会有这类答案是因为当前Linux的端口号是2字节大小的short类型，总计2^16个端口，除去一些系统占用的端口，可用端口确实只剩下64000多了。

对于服务端本身来说，DestPort数量确实有限，假定有多张网卡，每个网卡绑定多个IP，服务端的Port端口数和IP数的组合类型也是有限的。

对于客户端来说，本身的端口和IP也是一样有限的，虽然这是个组合问题，但是数量还是有限的：

3.3 并发数理论极限

看了前面的端口&IP的组合数计算，好像并发数并不会特别大。

错了，是真的会很大。

分析一下，前面的计算都是针对单个服务器或者客户端的，但是实际上每个服务器会应对全网的所有客户端，那么从服务端看，源IP和源Port的数量是非常大的。

理论上服务端可以接受的客户端IP是2^32(按照IPv4计算）,端口数是2^16，目前端口号仍然是16bit的，所有这个理论最大值是2^48，果然很大！

3.4 实际情况

天下没有免费的午餐。

每一条连接都是要消耗系统资源的，所以实际中可能会设置最大并发数来保证服务器的安全和稳定，所以这个理论最大并发数是不可能达到的。

实际中并发数和业务是直接相关的，像Redis这种内存型的服务端并发十几万都是没问题的，大部分来讲几十/几百/几千/几万等是存在的。

4. 客户端最大连接数

理解了服务器的最大并发数是2^48，那么客户端最多可以连接多少服务器呢？

对于客户端来说，当然可以借助于多网卡多IP来增加连接能力，我们仍然假定客户端只有1张网卡1个IP，由于端口数的限制到2^16，再去掉系统占用的端口，剩下可用的差不多64000。

也就是说，客户端虽然可以连接任意的目的IP和目的端口，但是客户端自身端口是有限的，所以客户端的理论最大连接数是2^16，含系统占用端口。

5. NAT环境下的客户端

解决前面的两个问题之后，来看另外一个问题：

一个公网出口NAT服务设备最多可同时支持多少内网IP并发访问外网服务？

毕竟公网IP都是有限并且要花钱的，我们大部分机器都是在局域网中结合NAT来进行外网访问的，所以这个场景还是很熟悉的。

来看下内网机器访问外网时的IP&端口替换和映射还原的过程，就明白了：

因为这时的客户端是NAT设备，所以NAT环境下最多支持65535个并发访问外网。

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