内存管理
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内存管理包含: 物理内存管理; 虚拟内存管理; 两者的映射
image.png - 一个程序被加载启动，一个重要任务就是建立内存映射
- 除了内存管理模块, 其他都使用虚拟地址(包括内核)
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虚拟内存空间包含: 内核空间(高地址); 用户空间(低地址)
image.png - 一个进程运行起来需要以下内存结构
用户空间从低到高布局为：代码段/全局变量/BSS/函数栈/堆/内存映射区
内核空间：内核代码段/全局变量/BSS/内核数据结构如task_struct/内核栈/内核动态分配内存 - 多个进程看到的用户空间是独立的，但是多个进程看到的内核空间关联的都是相同的物理内存
- 进程在用户态时，只能访问用户空间内存；只有进入内核态后，才可以访问内核空间内存
- 每个进程都有一个这么大的地址空间，那么所有进程的虚拟内存加起来，自然要比实际的物理内存大得多。所以，并不是所有的虚拟内存都会分配物理内存，只有那些实际使用的虚拟内存才分配物理内存，并且分配后的物理内存，是通过内存映射来管理的
- 内存紧张时，系统就会通过一系列机制来回收内存
回收匿名内存页，通过 Swap 机制，把它们写入磁盘后再释放内存
回收文件映射内存页，直接回收缓存，或者把脏页写回磁盘后再回收
杀死进程，内存紧张时系统还会通过 OOM（Out of Memory），直接杀掉占用大量内存的进程
查看内存使用
查看系统整体使用
- free
# 注意不同版本的free输出可能会有所不同
$ free
total used free shared buff/cache available
Mem: 8169348 263524 6875352 668 1030472 7611064
Swap: 0 0 0
其中的数值都默认以字节为单位。表格总共有两行六列，这两行分别是物理内存 Mem 和交换分区 Swap 的使用情况
- 第一列，total 是总内存大小；
- 第二列，used 是已使用内存的大小，包含了共享内存；
- 第三列，free 是未使用内存的大小；
- 第四列，shared 是共享内存的大小；
- 第五列，buff/cache 是缓存和缓冲区的大小；
Buffer 是对磁盘数据的缓存，而 Cache 是文件数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中。关于从磁盘与文件，磁盘是一个块设备，可以划分为不同的分区；在分区之上再创建文件系统，挂载到某个目录，之后才可以在这个目录中读写文件。 - 最后一列，available 是新进程可用内存的大小。
- vmstat
# 每隔1秒输出1组数据
$ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 7743608 1112 92168 0 0 0 0 52 152 0 1 100 0 0
0 0 0 7743608 1112 92168 0 0 0 0 36 92 0 0 100 0 0
bi 和 bo 则分别表示块设备读取和写入的大小，单位为块 / 秒。因为 Linux 中块的大小是 1KB，所以这个单位也就等价于 KB/s。
- sar
# 间隔1秒输出一组数据
# -r表示显示内存使用情况，-S表示显示Swap使用情况
$ sar -r -S 1
04:39:56 kbmemfree kbavail kbmemused %memused kbbuffers kbcached kbcommit %commit kbactive kbinact kbdirty
04:39:57 6249676 6839824 1919632 23.50 740512 67316 1691736 10.22 815156 841868 4
04:39:56 kbswpfree kbswpused %swpused kbswpcad %swpcad
04:39:57 8388604 0 0.00 0 0.00
04:39:57 kbmemfree kbavail kbmemused %memused kbbuffers kbcached kbcommit %commit kbactive kbinact kbdirty
04:39:58 6184472 6807064 1984836 24.30 772768 67380 1691736 10.22 847932 874224 20
04:39:57 kbswpfree kbswpused %swpused kbswpcad %swpcad
04:39:58 8388604 0 0.00 0 0.00
…
04:44:06 kbmemfree kbavail kbmemused %memused kbbuffers kbcached kbcommit %commit kbactive kbinact kbdirty
04:44:07 152780 6525716 8016528 98.13 6530440 51316 1691736 10.22 867124 6869332 0
04:44:06 kbswpfree kbswpused %swpused kbswpcad %swpcad
04:44:07 8384508 4096 0.05 52 1.27
- kbcommit，表示当前系统负载需要的内存。它实际上是为了保证系统内存不溢出，对需要内存的估计值。- %commit，就是这个值相对总内存的百分比。
- kbactive，表示活跃内存，也就是最近使用过的内存，一般不会被系统回收。
- kbinact，表示非活跃内存，也就是不常访问的内存，有可能会被系统回收。
查看进程使用
可以用 top 或者 ps 等工具
- top
# 按下M切换到内存排序
$ top
...
KiB Mem : 8169348 total, 6871440 free, 267096 used, 1030812 buff/cache
KiB Swap: 0 total, 0 free, 0 used. 7607492 avail Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
430 root 19 -1 122360 35588 23748 S 0.0 0.4 0:32.17 systemd-journal
1075 root 20 0 771860 22744 11368 S 0.0 0.3 0:38.89 snapd
1048 root 20 0 170904 17292 9488 S 0.0 0.2 0:00.24 networkd-dispat
1 root 20 0 78020 9156 6644 S 0.0 0.1 0:22.92 systemd
12376 azure 20 0 76632 7456 6420 S 0.0 0.1 0:00.01 systemd
12374 root 20 0 107984 7312 6304 S 0.0 0.1 0:00.00 sshd
...
这些数据，包含了进程最重要的几个内存使用情况。
- VIRT 是进程虚拟内存的大小，只要是进程申请过的内存，即便还没有真正分配物理内存，也会计算在内。包括了进程代码段、数据段、共享内存、已经申请的堆内存和已经换出的内存等。
- RES 是常驻内存的大小，也就是进程实际使用的物理内存大小，但不包括 Swap 和共享内存。
- SHR 是共享内存的大小，比如与其他进程共同使用的共享内存、加载的动态链接库以及程序的代码段等。
- %MEM 是进程使用物理内存占系统总内存的百分比。
注意，虚拟内存通常并不会全部分配物理内存；共享内存 SHR 并不一定是共享的，比方说，程序的代码段、非共享的动态链接库，也都算在 SHR 里。当然，SHR 也包括了进程间真正共享的内存。所以在计算多个进程的内存使用时，不要把所有进程的 SHR 直接相加得出结果。
