我是一個 Linux 伺服器上的程序，名叫小進。
老是有人說我最多隻能建立 65535 個 TCP 連線。
我不信這個邪，今天我要親自去實踐一下。
我走到作業系統老大的跟前，說：
"老操，我要建立一個 TCP 連線！"
老操不慌不忙，拿出一個表格遞給我，"小進，先填表吧"
我一看這個表，這不就是經典的 socket 四元組嘛。我只有一塊網絡卡，其 IP 地址是 123.126.45.68，我想要與 110.242.68.3 的 80 埠建立一個 TCP 連線，我將這些資訊填寫在了表中。
源埠號填什麼呢？我記得埠號是 16 位的，可以有 0 ~ 65535 這個範圍的數字，那我隨便選一個吧！
正當我猶豫到底選什麼數字的時候，老操一把搶過我的表格。
"你墨跡個啥呢小進？源埠號不用你填，我會給你分配一個可用的數字。源IP也不用你填，我知道都有哪些網絡卡，並且會幫你選個合適的。真是個新手，回去等訊息吧。"
"哦"
老操帶著我的表格，走了。
過了很長時間，老操終於回來了，並且帶著一個紙條。
"小進，你把這個收好了。"
我問道，"這是啥呀？"
老操不耐煩地說道，"剛剛說你是新手你還不服，這個 5 表示檔案描述符，linux 下一切皆檔案，你待會和你那個目標 IP 進行 TCP 通訊的時候，就對著這個檔案描述符讀寫就好啦。"
"這麼方便！好的，謝謝老操。"
我拿著這個檔案描述符，把它放到屬於我的記憶體中裱起來了，反正我只是想看看最多能建立多少 TCP 連線，又不是去真的用它，嘻嘻。
埠號
過了一分鐘，我又去找老操了。
"老操，我要建立一個 TCP 連線！"
老操不慌不忙，拿出一個表格遞給我，"小進，先填表吧"
這回我熟悉了，只把目標IP和目標埠填好。
老操辦好事之後，又帶著一個紙條回來，上面寫著數字"6"。
就這樣，我每隔一分鐘都去找老操建立一個新的 TCP 連線，目標 IP 都是110.242.68.3，目標埠都是 80。
老操也很奇怪，不知道我在這折騰啥，他雖然權力大，但無權拒絕我的指令，每次都兢兢業業地把事情辦好，並給我一張一張寫著檔案描述符的紙條。
直到有一次，我收到的紙條有些不同。
我帶著些許責怪的語氣問，"老操，這是怎麼回事呀？"
老操也沒好氣地說，"這表示埠號不夠用啦！早就覺得你小子不對勁了，一個勁地對著同一個 IP 和埠建立 TCP 連線，之前沒辦法必須執行你給的指令，現在不行了，埠號不夠用了，源埠那裡我沒法給你填了。"
我也不是那麼好騙的，質疑道。"老操，你也別欺負我這個新手，我可是知道埠號是 16 位的，範圍是 1~65535，一共可以建立 65535 個 TCP 連線，我現在才建立了 63977 個，怎麼就不夠了！"
老操鄙視地看了我一眼，"你小子可真是閒的蛋疼啊，還真一個個數，來我告訴你吧，Linux 對可使用的埠範圍是有具體限制的，具體可以用如下命令檢視。"
[root]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
1024 65000
"看到沒，當前的限制是1024~65000，所以你就只能有63977個埠號可以使用。"
我趕緊像老操道歉，"哎喲真是抱歉，還是我見識太少，那這個數可以修改麼？"
老操也沒跟我一般見識，還是耐心地回答我，"可以的，具體可以 vim /etc/sysctl.conf 這個檔案進行修改，我們在這個檔案裡新增一行記錄"
net.ipv4.ip_local_port_range = 60000 60009
"儲存好後執行 sysctl -p /etc/sysctl.conf 使其生效。這樣你就只有 10 個埠號可以用了，就會更快報出埠號不夠用的錯誤"
"原來如此，謝謝老操又給我上了一課。"
哎不對，建立一個 TCP 連線，需要將通訊兩端的套接字（socket）進行繫結，如下：
源 IP 地址：源埠號 <----> 目標 IP 地址：目標埠號
只要這套繫結關係構成的四元組不重複即可，剛剛埠號不夠用了，是因為我一直對同一個目標IP和埠建立連線，那我換一個目標埠號試試。
看來成功了，只要源埠號不用夠用了，就不斷變換目標 IP 和目標埠號，保證四元組不重複，我就能建立好多好多 TCP 連線啦！
這也證明了有人說最多隻能建立 65535 個TCP連線是多麼荒唐。
檔案描述符
找到了突破埠號限制的辦法，我不斷找老操建立TCP連線，老操也拿我沒有辦法。
直到有一次，我又收到了一張特殊的紙條，上面寫的不是檔案描述符。
我又沒好氣地問老操，"這又是咋回事？"
老操幸災樂禍地告訴我，"呵呵，你小子以為突破埠號限制就無法無天了？現在檔案描述符不夠用啦！"
"怎麼啥啥都有限制啊？你們作業系統給我們的限制也太多了吧？"
"廢話，你看看你都建了多少個TCP連線了！每建立一個TCP連線，我就得分配給你一個檔案描述符，linux 對可開啟的檔案描述符的數量分別作了三個方面的限制。"
系統級：當前系統可開啟的最大數量，通過 cat /proc/sys/fs/file-max 檢視
使用者級：指定使用者可開啟的最大數量，通過 cat /etc/security/limits.conf 檢視
程序級：單個程序可開啟的最大數量，通過 cat /proc/sys/fs/nr_open 檢視
天呢，真是人在屋簷下呀，我趕緊看了看這些具體的限制。
[root ~]# cat /proc/sys/fs/file-max
100000
[root ~]# cat /proc/sys/fs/nr_open
100000
[root ~]# cat /etc/security/limits.conf
...
* soft nproc 100000
* hard nproc 100000
原來如此，我記得剛剛收到的最後一張紙條是。
再之後就收到檔案描述符不夠的錯誤了。
我又請教老操，"老操，那這個限制可以修改麼？"
老操仍然耐心地告訴我，"當然可以，比如你想修改單個程序可開啟的最大檔案描述符限制為100，可以這樣。"
echo 100 > /proc/sys/fs/nr_open
"原來如此，我這就去把各種檔案描述符限制都改大一點，也不多，就在後面加個0吧"
"額，早知道不告訴你小子了。"老操再次用鄙視的眼睛看著我。
執行緒
突破了檔案描述符限制，我又開始肆無忌憚地建立起了TCP連線。
但我發現，老操的辦事效率越來越慢，建立一個TCP連線花的時間越來越久。
有一次，我忍不住責問老操，"你是不是在偷懶啊？之前找你建一個TCP連線就花不到一分鐘時間，你看看最近我哪次不是等一個多小時你才搞好？"
老操也忍不住了，"小進啊你還好意思說我，你知不知道你每建一個TCP連線都需要消耗一個執行緒來為你服務？現在我和CPU老大那裡都忙得不可開交了，一直在為你這好幾十萬個執行緒不停地進行上下文切換，我們精力有限啊，自然就沒法像以前那麼快為你服務了。"
聽完老操的抱怨，我想起了之前似乎有人跟我說過 C10K 問題，就是當伺服器連線數達到 1 萬且每個連線都需要消耗一個執行緒資源時，作業系統就會不停地忙於執行緒的上下文切換，最終導致系統崩潰，這可不是鬧著玩的。
我趕緊像作業系統老大請教，"老操，實在不好意思，一直以為你強大無比，沒想到也有忙得不可開交的時候呀，那我們現在應該怎麼辦呀？"
老操無奈地說，"我勸你還是別再繼續玩了，沒什麼意義，不過我想你也不會聽我的，那我跟你說兩句吧。"
你現在這種每建一個TCP連線就建立一個執行緒的方式，是最傳統的多執行緒併發模型，早期的作業系統也只支援這種方式。但現在我進化了，我還支援 IO 多路複用的方式，簡單說就是一個執行緒可以管理多個 TCP 連線的資源，這樣你就可以用少量的執行緒來管理大量的 TCP 連線了。
我一臉疑惑，"啥是 IO 多路複用啊？"。
老操一臉鄙視，"你這... 你去看看閃客的《你管這破玩意叫 IO 多路複用》，就明白了。"
這次真是大開眼界了，我趕緊把程式碼改成了這種 IO 多路複用的模型，將原來的 TCP 連線銷燬掉，改成同一個執行緒管理多個 TCP 連線，很快，作業系統老大就恢復了以往的辦事效率，同時我的 TCP 連線數又多了起來。
記憶體
突破了埠號、檔案描述符、執行緒數等重重限制的我，再次肆無忌憚地建立起了TCP連線。
直到有一次，我又收到了一張紅牌。
嗨，又是啥東西限制了呀，改了不就完了。我不耐煩地問老操，"這回又是啥毛病？"
老操說道。"這個錯誤叫記憶體溢位，每個TCP連線本身，以及這個連線所用到的緩衝區，都是需要佔用一定記憶體的，現在記憶體已經被你佔滿了，不夠用了，所以報了這個錯。"
我看這次老操特別耐心，也沒多說什麼，但想著被記憶體限制住了，有點不太開心，於是我讓老操幫我最後一個忙。
"老操呀，幫小進我最後一個忙吧，你權利大，你看看把那些特別佔記憶體的程序給殺掉，給我騰出點地方，我今天要完成我的夢想，看看TCP連線數到底能建立多少個！"
老操見我真的是夠拼的，便答應了我，殺死了好多程序，我很是感動。
CPU
有了老操為我爭取的記憶體資源，我又開始日以繼日地建立TCP連線。
老操也不再說什麼，同樣日以繼日地執行著我的指令。
有一次，老操語重心長地對我說，"差不多了，我勸你就此收手吧，現在 CPU 的佔用率已經快到 100% 了。"
我覺得老操這人真的可笑，經過這幾次的小挫折，我明白了只要思想不滑坡，方法總比苦難多，老操這人就是太謹慎了，我豈能半途而廢，不管他。
我仍然繼續建立著 TCP 連線。
直到有一天，老操把我請到一個小飯館，一塊吃了頓飯，吃好後說道。"咱哥倆也算是配合了很久啦，今天我是來跟你道個別的。"
我很不解地問，"怎麼了老操，發生什麼事了？。"
老操說，"由於你的 TCP 連線，CPU 佔用率已經很長時間維持在 100%，我們的使用者，也就是我們的上帝，幾乎什麼事情都做不了了，連滑鼠動一下都要等好久，所以他給我下達了一個重啟的指令，我執行這個指令後，你，以及像你一樣的所有程序，包括我這個作業系統本身，一切都就消失了。"
我大驚失色，"啊，這麼突然麼？這條指令什麼時候執行？"
老操緩緩起身，"就現在了，剛剛這條指令還沒得到 CPU 執行的機會，不過現在到了。"
突然，我眼前一黑，一切都沒了。
總結
|
資源 |
一臺Linux伺服器的資源 |
一個TCP連線佔用的資源 |
佔滿了會發生什麼 |
|
CPU |
看你花多少錢買的 |
看你用它幹嘛 |
電腦卡死 |
|
記憶體 |
看你花多少錢買的 |
取決於緩衝區大小 |
OOM |
|
臨時埠號 |
ip_local_port_range |
1 |
cannot assign requested address |
|
檔案描述符 |
fs.file-max |
1 |
too many open files |
|
程序\執行緒數 |
ulimit -n |
看IO模型 |
系統崩潰 |
後記
其實這個問題，我覺得結論不重要，最重要的是思考過程。
而思考過程其實相當簡單，就是，尋找限制條件而已，其實一開始這篇文章，我寫了個故事在開頭，但後來感覺放在後記更合適。故事是這樣的。
閃客：小宇，我問你，你一天最多能吃多少個漢堡？
小宇：額，你這問的太隱私了吧，不過看在你教我技術的份上，我就告訴你，最多能吃 4 個左右吧。
閃客：咳咳真的麼？好吧，那你一分鐘最多能吃多少個漢堡？
小宇：快的話可能 2 個，不過正常應該最多就能吃完 1 個了。
閃客：好的，那我問你，剛剛這兩個問題你為什麼能不假思索地回答出來呢？
小宇：哈哈你這是什麼話，我自己我當然瞭解了。
閃客：不，你仔細想想你回答這兩個問題的邏輯。
小宇：哦我明白你的意思了，當你問我一天最多能吃多少個漢堡時，我考慮的是我的胃的容量最多能容下多少個漢堡。而當你問我一分鐘最多能吃多少個漢堡時，我考慮的時我吃漢堡的速度，按照這個速度在一分鐘內能吃多少。
閃客：沒錯，你總結得很好！一天最多吃多少個漢堡，此時時間非常充裕，所以主要是胃的容量限制了這個漢堡最大值，計算公式應該是：
最多漢堡數 = 胃的容量 ÷ 漢堡的體積
而一分鐘最多吃多少個漢堡，此時胃的容量非常充裕，限制漢堡最大值的是時間因素，計算公式是：
最多漢堡數 = 一分鐘 ÷ 吃一個漢堡的耗時
所以，取決於最先觸達的那個限制條件。
而最大 TCP 連線數這個問題，假如面試被問到了，即使你完全不會，也應該有這樣的思路。
而如果你有了這樣的思路，你多多少少都能回答出讓面試官滿意的答案，因為計算機很多時候，更看重思路，而不是細枝末節。
應該有這樣的思路。
而如果你有了這樣的思路，你多多少少都能回答出讓面試官滿意的答案，因為計算機很多時候，更看重思路，而不是細枝末節。