圖解｜一個(gè)進(jìn)程最多可以創(chuàng )建多少個(gè)線(xiàn)程？

前言

linux 虛擬內存知識回顧

虛擬內存空間長(cháng)啥樣

在 Linux 操作系統中，虛擬地址空間的內部又被分為內核空間和用戶(hù)空間兩部分，不同位數的系統，地址空間的范圍也不同。比如最常見(jiàn)的 32 位和 64 位系統，如下所示：

通過(guò)這里可以看出：32 位系統的內核空間占用 1G，位于最高處，剩下的 3G 是用戶(hù)空間；64 位系統的內核空間和用戶(hù)空間都是 128T，分別占據整個(gè)內存空間的最高和最低處，剩下的中間部分是未定義的。

32 位虛擬內存空間

通過(guò)這張圖你可以看到，用戶(hù)空間內存，從低到高分別是 6 種不同的內存段：

0x0000 0000 到 0x0804 8000 這段虛擬內存地址是一段不可訪(fǎng)問(wèn)的保留區，因為在大多數操作系統中，數值比較小的地址通常被認為不是一個(gè)合法的地址，這塊小地址是不允許訪(fǎng)問(wèn)的。比如在 C 語(yǔ)言中我們通常會(huì )將一些無(wú)效的指針設置為 NULL，指向這塊不允許訪(fǎng)問(wèn)的地址。

· 代碼段，包括二進(jìn)制可執行代碼；

· 數據段，包括已初始化的靜態(tài)常量和全局變量；

· BSS 段，包括未初始化的靜態(tài)變量和全局變量；

· 堆段，包括動(dòng)態(tài)分配的內存，從低地址開(kāi)始向上增長(cháng)；

堆空間的上邊是一段待分配區域，用于擴展堆空間的使用

· 文件映射段，包括動(dòng)態(tài)庫、共享內存等，從低地址開(kāi)始向上增長(cháng)；

· 棧段，包括局部變量和函數調用的上下文等。棧的大小是固定的，一般是 8 MB。當然系統也提供了參數，以便我們自定義大??；

在上面的內存段中，堆和文件映射段的內存是動(dòng)態(tài)分配的。比如說(shuō)，使用 C 標準庫的 malloc() 或者 mmap() ，就可以分別在堆和文件映射段動(dòng)態(tài)分配內存。

64 位虛擬內存空間

我們知道在 32 位機器上，指針的尋址范圍為 2^32，所能表達的虛擬內存空間為 4 GB。

那么我們可能會(huì )認為在 64 位機器上，指針的尋址范圍為 2^64，所能表達的虛擬內存空間為 16 EB 。虛擬內存地址范圍為：0x0000 0000 0000 0000 0000 - 0xFFFF FFFF FFFF FFFF 。

事實(shí)上在目前的 64 位系統下只使用了 48 位來(lái)描述虛擬內存空間，尋址范圍為 2^48 ，所能表達的虛擬內存空間為 256TB。

從上圖中我們可以看出 64 位系統中的虛擬內存布局和 32 位系統中的虛擬內存布局大體上是差不多的。

創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程需要消耗多大虛擬內存

前面我們也介紹了棧段，包括局部變量和函數調用的上下文等。棧的大小是固定的，一般是 8 MB。當然系統也提供了參數，以便我們自定義大??；

現在我們來(lái)驗證一下，執行 ulimit -a 這條命令，查看進(jìn)程創(chuàng )建線(xiàn)程時(shí)默認分配的?？臻g大小

影響一個(gè)進(jìn)程可創(chuàng )建多少線(xiàn)程的條件

進(jìn)程的虛擬內存空間上限，因為創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程，操作系統需要為其分配一個(gè)?？臻g，如果線(xiàn)程數量越多，所需的?？臻g就要越大，那么虛擬內存就會(huì )占用的越多。

系統參數限制，雖然 Linux 并沒(méi)有內核參數來(lái)控制單個(gè)進(jìn)程創(chuàng )建的最大線(xiàn)程個(gè)數，但是有系統級別的參數來(lái)控制整個(gè)系統的最大線(xiàn)程個(gè)數。

虛擬內存空間上限

32位系統

在 32 位 Linux 系統里，一個(gè)進(jìn)程的虛擬空間是 4G，內核分走了1G，用戶(hù)能用的只有 3G。

創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程需要占用 8M 虛擬內存，總共有 3G 虛擬內存可以使用。于是我們可以算出，最多可以創(chuàng )建差不多 380個(gè)（3G/8M）左右的線(xiàn)程。

如果想使得進(jìn)程創(chuàng )建上千個(gè)線(xiàn)程，那么我們可以調整創(chuàng )建線(xiàn)程時(shí)分配的?？臻g大小，比如調整為 512k：

[ecs-user@iZ2ze923utbhhwxwgc0pd9Z ~]$ ulimit -s 512

64 位系統

64 位系統意味著(zhù)用戶(hù)空間的虛擬內存最大值是 128T，這個(gè)數值是很大的，一個(gè)線(xiàn)程需占用 8M ?？臻g的情況來(lái)算，那么理論上可以創(chuàng )建 128T/8M 個(gè)線(xiàn)程，也就是 1000多萬(wàn)個(gè)線(xiàn)程，有點(diǎn)魔幻！

所以按 64 位系統的虛擬內存大小，理論上可以創(chuàng )建無(wú)數個(gè)線(xiàn)程。

系統參數限制

前面學(xué)習我們了解到了64 位系統的虛擬內存大小，理論上可以創(chuàng )建無(wú)數個(gè)線(xiàn)程。不過(guò)事實(shí)上，肯定創(chuàng )建不了那么多線(xiàn)程，除了虛擬內存的限制，還有系統的限制。

比如下面這三個(gè)內核參數的大小，都會(huì )影響創(chuàng )建線(xiàn)程的上限：

· proc/sys/kernel/threads-max，表示系統支持的最大線(xiàn)程數，默認值是 14553；

· /proc/sys/kernel/pid_max，表示系統全局的 PID 號數值的限制，每一個(gè)進(jìn)程或線(xiàn)程都有 ID，ID 的值超過(guò)這個(gè)數，進(jìn)程或線(xiàn)程就會(huì )創(chuàng )建失敗，默認值是 32768；

· /proc/sys/vm/max_map_count，表示限制一個(gè)進(jìn)程可以擁有的VMA(虛擬內存區域)的數量，具體什么意思我也沒(méi)搞清楚，反正如果它的值很小，也會(huì )導致創(chuàng )建線(xiàn)程失敗，默認值是 65530。

總結

32 位系統，用戶(hù)態(tài)的虛擬空間只有 3G，默認創(chuàng )建線(xiàn)程時(shí)分配的?？臻g是 8M，那么一個(gè)進(jìn)程最多只能創(chuàng )建 380 個(gè)左右的線(xiàn)程。

64 位系統，用戶(hù)態(tài)的虛擬空間大到有 128T，理論上不會(huì )受虛擬內存大小的限制，而會(huì )受系統的參數或性能限制。