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本篇文章為大家展示了 Linux 服務端的最大并發數是多少呢，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

 1. 開場白

在開始今天的文章之前，先拋一個面試題出來：

你接觸過的單機最大并發數是多少？

你認為當前正常配置的服務器物理機最大并發數可以到多少？

對于后端開發人員來說，并發數往往和技術難度是呈正相關的，實際上也確實如此：體量決定架構。

服務端根據不同業務場景會有不同的側重點，單純追求高并發其實并不是根本目的，高可用 穩定性更重要。

所以最終我們的目的是：保證高可用高穩定的基礎上追求高并發，降本增效。

高可用 高并發是我們直觀感受到的，本質上這是個復雜的系統工程，每個環節都會影響結果，每一塊都值得研究和深入。

2. C10K 問題和 C10M 問題

在 2000 年初的時候，全球互聯網的規模并不大，但是當時就已經提出了 C10K 問題，所謂 C10K 就是單機 1w 并發問題，雖然現在不覺得是個難題了，但是這在當初是很有遠見和挑戰的問題。

在 APUE 第三版都沒有提到 epoll，所以我們解決 C10K 問題的時間并不長，其中 IO 復用 epoll/kqueue/iocp 等技術對于 C10k 問題的解決起到了非常重要的作用。

開源大神們基于 epoll/kqueue 等開發了諸如 libevent/libuv 等網絡庫，從而大幅提高了高并發網絡的開發效率，對于 C /C++ 程序員來說并不陌生。

這里簡單提一下針對下一個 10 年的展望和挑戰：C10M 問題。

站在浪尖的那一批人早就開始思考讓單機達到 1000w 并發，現在聽起來感覺不可思議，但是要達到這個目標，除了硬件上的提升，更重要的是對系統軟件和協議棧的改造。

Errata Security 的 CEO Robert Graham 在 Shmoocon 2013 大會上的演講，大佬重要的觀點是：

不要讓 OS 內核執行所有繁重的任務：將數據包處理、內存管理、處理器調度等任務從內核轉移到應用程序高效地完成，讓諸如 Linux 這樣的 OS 只處理控制層，數據層完全交給應用程序來處理。

確實也是如此，難道你不覺得 Linux 內核做了太多不該自己做的事情了嗎？

近幾年出現的 DPDK、PFRING、NETMAP 等技術也是類似的思想，現在流行的協處理器 +CPU 的架構也是這樣的：

3. 服務器最大并發數分析

前面提到的 C10K 和 C10M 問題都是圍繞著提升服務器并發能力展開的，但是難免要問：服務器最大的并發上限是多少？

3.1 五元組

做過通信的盆友們一定聽過五元組這個概念，一個五元組可以唯一標記一個網絡連接，所以要理解和分析最大并發數，就必須理解五元組：

這樣的話，就可以基本認為：理論最大并發數 = 服務端唯一五元組數。

3.2 端口 IP 組合數

那么對于服務器來說，服務端唯一五元組數最大是多少呢？

有人說是 65535，顯然不是，但是之所以會有這類答案是因為當前 Linux 的端口號是 2 字節大小的 short 類型，總計 2^16 個端口，除去一些系統占用的端口，可用端口確實只剩下 64000 多了。

對于服務端本身來說，DestPort 數量確實有限，假定有多張網卡，每個網卡綁定多個 IP，服務端的 Port 端口數和 IP 數的組合類型也是有限的。

對于客戶端來說，本身的端口和 IP 也是一樣有限的，雖然這是個組合問題，但是數量還是有限的：

3.3 并發數理論極限

看了前面的端口 IP 的組合數計算，好像并發數并不會特別大。

錯了，是真的會很大。

分析一下，前面的計算都是針對單個服務器或者客戶端的，但是實際上每個服務器會應對全網的所有客戶端，那么從服務端看，源 IP 和源 Port 的數量是非常大的。

理論上服務端可以接受的客戶端 IP 是 2^32(按照 IPv4 計算）, 端口數是 2^16，目前端口號仍然是 16bit 的，所有這個理論最大值是 2^48，果然很大！

3.4 實際情況

天下沒有免費的午餐。

每一條連接都是要消耗系統資源的，所以實際中可能會設置最大并發數來保證服務器的安全和穩定，所以這個理論最大并發數是不可能達到的。

實際中并發數和業務是直接相關的，像 Redis 這種內存型的服務端并發十幾萬都是沒問題的，大部分來講幾十 / 幾百 / 幾千 / 幾萬等是存在的。

4. 客戶端最大連接數

理解了服務器的最大并發數是 2^48，那么客戶端最多可以連接多少服務器呢？

對于客戶端來說，當然可以借助于多網卡多 IP 來增加連接能力，我們仍然假定客戶端只有 1 張網卡 1 個 IP，由于端口數的限制到 2^16，再去掉系統占用的端口，剩下可用的差不多 64000。

也就是說，客戶端雖然可以連接任意的目的 IP 和目的端口，但是客戶端自身端口是有限的，所以客戶端的理論最大連接數是 2^16，含系統占用端口。

5. NAT 環境下的客戶端

解決前面的兩個問題之后，來看另外一個問題：

一個公網出口 NAT 服務設備最多可同時支持多少內網 IP 并發訪問外網服務？

畢竟公網 IP 都是有限并且要花錢的，我們大部分機器都是在局域網中結合 NAT 來進行外網訪問的，所以這個場景還是很熟悉的。

來看下內網機器訪問外網時的 IP 端口替換和映射還原的過程，就明白了：

因為這時的客戶端是 NAT 設備，所以 NAT 環境下最多支持 65535 個并發訪問外網。

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