圖解｜一個進程最多可以創建多少個線程？

前言

linux 虛擬內存知識回顧

虛擬內存空間長啥樣

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。比如最常見的 32 位和 64 位系統，如下所示：

通過這里可以看出：32 位系統的內核空間占用 1G，位于最高處，剩下的 3G 是用戶空間；64 位系統的內核空間和用戶空間都是 128T，分別占據整個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

通過這張圖你可以看到，用戶空間內存，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問的保留區，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 語言中我們通常會將一些無效的指針設置為 NULL，指向這塊不允許訪問的地址。

· 代碼段，包括二進制可執行代碼；

· 數據段，包括已初始化的靜態常量和全局變量；

· BSS 段，包括未初始化的靜態變量和全局變量；

· 堆段，包括動態分配的內存，從低地址開始向上增長；

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，包括動態庫、共享內存等，從低地址開始向上增長；

· 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，以便我們自定義大小；

在上面的內存段中，堆和文件映射段的內存是動態分配的。比如說，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態分配內存。

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 。

事實上在目前的 64 位系統下只使用了 48 位來描述虛擬內存空間，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。

創建一個線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，以便我們自定義大小；

現在我們來驗證一下，執行 ulimit -a 這條命令，查看進程創建線程時默認分配的棧空間大小

影響一個進程可創建多少線程的條件

進程的虛擬內存空間上限，因為創建一個線程，操作系統需要為其分配一個棧空間，如果線程數量越多，所需的棧空間就要越大，那么虛擬內存就會占用的越多。

系統參數限制，雖然 Linux 并沒有內核參數來控制單個進程創建的最大線程個數，但是有系統級別的參數來控制整個系統的最大線程個數。

虛擬內存空間上限

32位系統

在 32 位 Linux 系統里，一個進程的虛擬空間是 4G，內核分走了1G，用戶能用的只有 3G。

創建一個線程需要占用 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，最多可以創建差不多 380個（3G/8M）左右的線程。

如果想使得進程創建上千個線程，那么我們可以調整創建線程時分配的棧空間大小，比如調整為 512k：

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

64 位系統

64 位系統意味著用戶空間的虛擬內存最大值是 128T，這個數值是很大的，一個線程需占用 8M 棧空間的情況來算，那么理論上可以創建 128T/8M 個線程，也就是 1000多萬個線程，有點魔幻！

所以按 64 位系統的虛擬內存大小，理論上可以創建無數個線程。

系統參數限制

前面學習我們了解到了64 位系統的虛擬內存大小，理論上可以創建無數個線程。不過事實上，肯定創建不了那么多線程，除了虛擬內存的限制，還有系統的限制。

比如下面這三個內核參數的大小，都會影響創建線程的上限：

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

· /proc/sys/kernel/pid_max，表示系統全局的 PID 號數值的限制，每一個進程或線程都有 ID，ID 的值超過這個數，進程或線程就會創建失敗，默認值是 32768；

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

總結

32 位系統，用戶態的虛擬空間只有 3G，默認創建線程時分配的棧空間是 8M，那么一個進程最多只能創建 380 個左右的線程。

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