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一个进程最多可以创建多少个线程?

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前言

话不多说,先来张脑图~

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linux 虚拟内存知识回顾

虚拟内存空间长啥样

在 Linux 操作系统中,虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间两部分,不同位数的系统,地址空间的范围也不同。比如最常见的 32 位和 64 位系统,如下所示:

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通过这里可以看出:

  • 32 位系统的内核空间占用 1G,位于最高处,剩下的 3G 是用户空间;

  • 64 位系统的内核空间和用户空间都是 128T,分别占据整个内存空间的最高和最低处,剩下的中间部分是未定义的。

32 位虚拟内存空间

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通过这张图你可以看到,用户空间内存,从低到高分别是 6 种不同的内存段:

  • 0x0000 0000 到 0x0804 8000 这段虚拟内存地址是一段不可访问的保留区,因为在大多数操作系统中,数值比较小的地址通常被认为不是一个合法的地址,这块小地址是不允许访问的。比如在 C 语言中我们通常会将一些无效的指针设置为 NULL,指向这块不允许访问的地址。

  • 代码段,包括二进制可执行代码;

  • 数据段,包括已初始化的静态常量和全局变量;

  • BSS 段,包括未初始化的静态变量和全局变量;

  • 堆段,包括动态分配的内存,从低地址开始向上增长;

  • 堆空间的上边是一段待分配区域,用于扩展堆空间的使用

  • 文件映射段,包括动态库、共享内存等,从低地址开始向上增长

  • 栈段,包括局部变量和函数调用的上下文等。栈的大小是固定的,一般是 8 MB。当然系统也提供了参数,以便我们自定义大小;

在上面的内存段中,堆和文件映射段的内存是动态分配的。比如说,使用 C 标准库的 malloc() 或者 mmap() ,就可以分别在堆和文件映射段动态分配内存。

64 位虚拟内存空间

我们知道在 32 位机器上,指针的寻址范围为 2^32,所能表达的虚拟内存空间为 4 GB。

那么我们可能会认为在 64 位机器上,指针的寻址范围为 2^64,所能表达的虚拟内存空间为 16 EB 。虚拟内存地址范围为:0x0000 0000 0000 0000 0000 - 0xFFFF FFFF FFFF FFFF 。

事实上在目前的 64 位系统下只使用了 48 位来描述虚拟内存空间,寻址范围为 2^48 ,所能表达的虚拟内存空间为 256TB。

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从上图中我们可以看出 64 位系统中的虚拟内存布局和 32 位系统中的虚拟内存布局大体上是差不多的。

创建一个线程需要消耗多大虚拟内存

前面我们也介绍了栈段,包括局部变量和函数调用的上下文等。栈的大小是固定的,一般是 8 MB。当然系统也提供了参数,以便我们自定义大小;

现在我们来验证一下,执行 ulimit -a 这条命令,查看进程创建线程时默认分配的栈空间大小

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影响一个进程可创建多少线程的条件

  • 进程的虚拟内存空间上限,因为创建一个线程,操作系统需要为其分配一个栈空间,如果线程数量越多,所需的栈空间就要越大,那么虚拟内存就会占用的越多。

  • 系统参数限制,虽然 Linux 并没有内核参数来控制单个进程创建的最大线程个数,但是有系统级别的参数来控制整个系统的最大线程个数。

虚拟内存空间上限

32位系统

在 32 位 Linux 系统里,一个进程的虚拟空间是 4G,内核分走了1G,用户能用的只有 3G。

创建一个线程需要占用 8M 虚拟内存,总共有 3G 虚拟内存可以使用。于是我们可以算出,最多可以创建差不多 380个(3G/8M)左右的线程。

如果想使得进程创建上千个线程,那么我们可以调整创建线程时分配的栈空间大小,比如调整为 512k:

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64位系统

64 位系统意味着用户空间的虚拟内存最大值是 128T,这个数值是很大的,一个线程需占用 8M 栈空间的情况来算,那么理论上可以创建 128T/8M 个线程,也就是 1000多万个线程,有点魔幻!

所以按 64 位系统的虚拟内存大小,理论上可以创建无数个线程。

系统参数限制

前面学习我们了解到了64 位系统的虚拟内存大小,理论上可以创建无数个线程。不过事实上,肯定创建不了那么多线程,除了虚拟内存的限制,还有系统的限制。

比如下面这三个内核参数的大小,都会影响创建线程的上限:

  • /proc/sys/kernel/threads-max,表示系统支持的最大线程数,默认值是 14553;

  • /proc/sys/kernel/pid_max,表示系统全局的 PID 号数值的限制,每一个进程或线程都有 ID,ID 的值超过这个数,进程或线程就会创建失败,默认值是 32768;

  • /proc/sys/vm/max_map_count,表示限制一个进程可以拥有的VMA(虚拟内存区域)的数量,具体什么意思我也没搞清楚,反正如果它的值很小,也会导致创建线程失败,默认值是 65530。

总结

最后简单总结下:

  • 32 位系统,用户态的虚拟空间只有 3G,默认创建线程时分配的栈空间是 8M,那么一个进程最多只能创建 380 个左右的线程。

  • 64 位系统,用户态的虚拟空间大到有 128T,理论上不会受虚拟内存大小的限制,而会受系统的参数或性能限制。



原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/f3ExtCuwwRvcpD4QGVFsMA

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