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

前言

linux 虛擬內(nèi)存知識(shí)回顧

虛擬內(nèi)存空間長啥樣

在 Linux 操作系統(tǒng)中，虛擬地址空間的內(nèi)部又被分為內(nèi)核空間和用戶空間兩部分，不同位數(shù)的系統(tǒng)，地址空間的范圍也不同。比如最常見的 32 位和 64 位系統(tǒng)，如下所示：

通過這里可以看出：32 位系統(tǒng)的內(nèi)核空間占用 1G，位于最高處，剩下的 3G 是用戶空間；64 位系統(tǒng)的內(nèi)核空間和用戶空間都是 128T，分別占據(jù)整個(gè)內(nèi)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(nèi)存空間

通過這張圖你可以看到，用戶空間內(nèi)存，從低到高分別是 6 種不同的內(nèi)存段：

0x0000 0000 到 0x0804 8000 這段虛擬內(nèi)存地址是一段不可訪問的保留區(qū)，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)操作系統(tǒng)中，數(shù)值比較小的地址通常被認(rèn)為不是一個(gè)合法的地址，這塊小地址是不允許訪問的。比如在 C 語言中我們通常會(huì)將一些無效的指針設(shè)置為 NULL，指向這塊不允許訪問的地址。

· 代碼段，包括二進(jìn)制可執(zhí)行代碼；

· 數(shù)據(jù)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(nèi)存，從低地址開始向上增長；

堆空間的上邊是一段待分配區(qū)域，用于擴(kuò)展堆空間的使用

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

· 棧段，包括局部變量和函數(shù)調(diào)用的上下文等。棧的大小是固定的，一般是 8 MB。當(dāng)然系統(tǒng)也提供了參數(shù)，以便我們自定義大小；

在上面的內(nèi)存段中，堆和文件映射段的內(nèi)存是動(dòng)態(tài)分配的。比如說，使用 C 標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)存。

64 位虛擬內(nèi)存空間

我們知道在 32 位機(jī)器上，指針的尋址范圍為 2^32，所能表達(dá)的虛擬內(nèi)存空間為 4 GB。

那么我們可能會(huì)認(rèn)為在 64 位機(jī)器上，指針的尋址范圍為 2^64，所能表達(dá)的虛擬內(nèi)存空間為 16 EB 。虛擬內(nèi)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(tǒng)下只使用了 48 位來描述虛擬內(nèi)存空間，尋址范圍為 2^48 ，所能表達(dá)的虛擬內(nèi)存空間為 256TB。

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

創(chuàng)建一個(gè)線程需要消耗多大虛擬內(nèi)存

前面我們也介紹了棧段，包括局部變量和函數(shù)調(diào)用的上下文等。棧的大小是固定的，一般是 8 MB。當(dāng)然系統(tǒng)也提供了參數(shù)，以便我們自定義大?。?/span>

現(xiàn)在我們來驗(yàn)證一下，執(zhí)行 ulimit -a 這條命令，查看進(jìn)程創(chuàng)建線程時(shí)默認(rèn)分配的?？臻g大小

影響一個(gè)進(jìn)程可創(chuàng)建多少線程的條件

進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間上限，因?yàn)閯?chuàng)建一個(gè)線程，操作系統(tǒng)需要為其分配一個(gè)棧空間，如果線程數(shù)量越多，所需的?？臻g就要越大，那么虛擬內(nèi)存就會(huì)占用的越多。

系統(tǒng)參數(shù)限制，雖然 Linux 并沒有內(nèi)核參數(shù)來控制單個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建的最大線程個(gè)數(shù)，但是有系統(tǒng)級(jí)別的參數(shù)來控制整個(gè)系統(tǒng)的最大線程個(gè)數(shù)。

虛擬內(nèi)存空間上限

32位系統(tǒng)

在 32 位 Linux 系統(tǒng)里，一個(gè)進(jìn)程的虛擬空間是 4G，內(nèi)核分走了1G，用戶能用的只有 3G。

創(chuàng)建一個(gè)線程需要占用 8M 虛擬內(nèi)存，總共有 3G 虛擬內(nèi)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）左右的線程。

如果想使得進(jìn)程創(chuàng)建上千個(gè)線程，那么我們可以調(diào)整創(chuàng)建線程時(shí)分配的棧空間大小，比如調(diào)整為 512k：

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

64 位系統(tǒng)

64 位系統(tǒng)意味著用戶空間的虛擬內(nèi)存最大值是 128T，這個(gè)數(shù)值是很大的，一個(gè)線程需占用 8M ?？臻g的情況來算，那么理論上可以創(chuàng)建 128T/8M 個(gè)線程，也就是 1000多萬個(gè)線程，有點(diǎn)魔幻！

所以按 64 位系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存大小，理論上可以創(chuàng)建無數(shù)個(gè)線程。

系統(tǒng)參數(shù)限制

前面學(xué)習(xí)我們了解到了64 位系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存大小，理論上可以創(chuàng)建無數(shù)個(gè)線程。不過事實(shí)上，肯定創(chuàng)建不了那么多線程，除了虛擬內(nèi)存的限制，還有系統(tǒng)的限制。

比如下面這三個(gè)內(nèi)核參數(shù)的大小，都會(huì)影響創(chuàng)建線程的上限：

· proc/sys/kernel/threads-max，表示系統(tǒng)支持的最大線程數(shù)，默認(rèn)值是 14553；

· /proc/sys/kernel/pid_max，表示系統(tǒng)全局的 PID 號(hào)數(shù)值的限制，每一個(gè)進(jìn)程或線程都有 ID，ID 的值超過這個(gè)數(shù)，進(jìn)程或線程就會(huì)創(chuàng)建失敗，默認(rèn)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(nèi)存區(qū)域)的數(shù)量，具體什么意思我也沒搞清楚，反正如果它的值很小，也會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建線程失敗，默認(rèn)值是 65530。

總結(jié)

32 位系統(tǒng)，用戶態(tài)的虛擬空間只有 3G，默認(rèn)創(chuàng)建線程時(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)左右的線程。

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