大家好，我是小林。
昨天有位讀者問了我這麼個問題：
大緻意思就是，他看了一個面經，說虛拟記憶體是 2G 大小，然後他看了我的圖解系統 PDF 裡說虛拟記憶體是 4G，然後他就懵逼了。
其實他看這個面經很有問題，沒有說明是什麼作業系統，以及是多少位作業系統。
因為不同的作業系統和不同位數的作業系統，虛拟記憶體可能是不一樣多。
Windows 系統我不了解，我就說說 Linux 系統。
在 Linux 作業系統中，虛拟位址空間的内部又被分為核心空間和使用者空間兩部分，不同位數的系統，位址 空間的範圍也不同。比如最常⻅的 32 位和 64 位系統，如下所示:
通過這裡可以看出:
- 32 位系統的核心空間占用 1G ，位于最高處，剩下的 3G 是使用者空間;
-
64 位系統的核心空間和使用者空間都是 128T ，分别占據整個記憶體空間的最高和最低處，剩下的中
間部分是未定義的。
接着，來看看讀者那個面經題目：一個程序最多可以建立多少個線程？
這個問題跟兩個東西有關系：
- 程序的虛拟記憶體空間上限，因為建立一個線程，作業系統需要為其配置設定一個棧空間，如果線程數量越多，所需的棧空間就要越大，那麼虛拟記憶體就會占用的越多。
- 系統參數限制，雖然 Linux 并沒有核心參數來控制單個程序建立的最大線程個數，但是有系統級别的參數來控制整個系統的最大線程個數。
我們先看看，在程序裡建立一個線程需要消耗多少虛拟記憶體大小？
我們可以執行 ulimit -a 這條指令，檢視程序建立線程時預設配置設定的棧空間大小，比如我這台伺服器預設配置設定給線程的棧空間大小為 8M。
在前面我們知道，在 32 位 Linux 系統裡，一個程序的虛拟空間是 4G，核心分走了1G，留給使用者用的隻有 3G。
那麼假設建立一個線程需要占用 10M 虛拟記憶體，總共有 3G 虛拟記憶體可以使用。于是我們可以算出，最多可以建立差不多 300 個（3G/10M）左右的線程。
如果你想自己做個實驗，你可以找台 32 位的 Linux 系統運作下面這個代碼：
由于我手上沒有 32 位的系統，我這裡貼一個網上别人做的測試結果：
如果想使得程序建立上千個線程，那麼我們可以調整建立線程時配置設定的棧空間大小，比如調整為 512k：
$ ulimit -s 512
說完 32 位系統的情況，我們來看看 64 位系統裡，一個程序能建立多少線程呢？
我的測試伺服器的配置：
- 64 位系統；
- 2G 實體記憶體；
- 單核 CPU。
64 位系統意味着使用者空間的虛拟記憶體最大值是 128T，這個數值是很大的，如果按建立一個線程需占用 10M 棧空間的情況來算，那麼理論上可以建立 128T/10M 個線程，也就是 1000多萬個線程，有點魔幻！
是以按 64 位系統的虛拟記憶體大小，理論上可以建立無數個線程。
事實上，肯定建立不了那麼多線程，除了虛拟記憶體的限制，還有系統的限制。
比如下面這三個核心參數的大小，都會影響建立線程的上限：
- /proc/sys/kernel/threads-max，表示系統支援的最大線程數，預設值是
14553
- /proc/sys/kernel/pid_max，表示系統全局的 PID 号數值的限制，每一個程序或線程都有 ID，ID 的值超過這個數，程序或線程就會建立失敗，預設值是
32768
- /proc/sys/vm/max_map_count，表示限制一個程序可以擁有的VMA(虛拟記憶體區域)的數量，具體什麼意思我也沒搞清楚，反正如果它的值很小，也會導緻建立線程失敗，預設值是
65530
那接下針對我的測試伺服器的配置，看下一個程序最多能建立多少個線程呢？
我在這台伺服器跑了前面的程式，其結果如下：
可以看到，建立了 14374 個線程後，就無法在建立了，而且報錯是因為資源的限制。
前面我提到的
threads-max
核心參數，它是限制系統裡最大線程數，預設值是 14553。
我們可以運作那個測試線程數的程式後，看下目前系統的線程數是多少，可以通過
top -H
檢視。
左上角的 Threads 的數量顯示是 14553，與
threads-max
核心參數的值相同，是以我們可以認為是因為這個參數導緻無法繼續建立線程。
那麼，我們可以把 threads-max 參數設定成
99999
:
echo 99999 > /proc/sys/kernel/threads-max
設定完 threads-max 參數後，我們重新跑測試線程數的程式，運作後結果如下圖：
可以看到，當程序建立了 32326 個線程後，就無法繼續建立裡，且報錯是無法繼續申請記憶體。
此時的上限個數很接近
pid_max
核心參數的預設值（32768），那麼我們可以嘗試将這個參數設定為 99999：
echo 99999 > /proc/sys/kernel/pid_max
設定完 pid_max 參數後，繼續跑測試線程數的程式，運作後結果建立線程的個數還是一樣卡在了 32768 了。
當時我也挺疑惑的，明明 pid_max 已經調整大後，為什麼線程個數還是上不去呢？
後面經過查閱資料發現，
max_map_count
這個核心參數也是需要調大的，但是它的數值與最大線程數之間有什麼關系，我也不太明白，隻是知道它的值是會限制建立線程個數的上限。
然後，我把 max_map_count 核心參數也設定成後 99999：
echo 99999 > /proc/sys/kernel/max_map_count
繼續跑測試線程數的程式，結果如下圖：
當建立差不多 5 萬個線程後，我的伺服器就卡住不動了，CPU 都已經被占滿了，畢竟這個是單核 CPU，是以現在是 CPU 的瓶頸了。
我隻有這台伺服器，如果你們有性能更強的伺服器來測試的話，有興趣的小夥伴可以去測試下。
接下來，我們換個思路測試下，把建立線程時配置設定的棧空間調大，比如調大為 100M，在大就會建立線程失敗。
ulimit -s 1024000
設定完後，跑測試線程的程式，其結果如下：
總共建立了 26390 個線程，然後就無法繼續建立了，而且該程序的虛拟記憶體空間已經高達 25T，要知道這台伺服器的實體記憶體才 2G。
為什麼實體記憶體隻有 2G，程序的虛拟記憶體卻可以使用 25T 呢？
因為虛拟記憶體并不是全部都映射到實體記憶體的，程式是有局部性的特性，也就是某一個時間隻會執行部分代碼，是以隻需要映射這部分程式就好。
你可以從上面那個 top 的截圖看到，雖然程序虛拟空間很大，但是實體記憶體（RES）隻有使用了 400 多M。
好了，簡單總結下：
- 32 位系統，使用者态的虛拟空間隻有 3G，如果建立線程時配置設定的棧空間是 10M，那麼一個程序最多隻能建立 300 個左右的線程。
- 64 位系統，使用者态的虛拟空間大到有 128T，理論上不會受虛拟記憶體大小的限制，而會受系統的參數或性能限制。
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