1.??????? 導(dǎo)論

linux內(nèi)存管理還是比較復(fù)雜的，其中牽扯到很多方面的知識(shí)，這篇小博文算是自己對(duì)于內(nèi)存管理的一點(diǎn)點(diǎn)的總結(jié)。

2.??????? 虛擬內(nèi)存

linux操作系統(tǒng)采用虛擬內(nèi)存，每一個(gè)進(jìn)程啟動(dòng)都有有自己的內(nèi)存空間，這個(gè)空間跟操作系統(tǒng)的位數(shù)有關(guān)，如32位系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存空間為4G，而64位系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存空間為特別大。

采用虛擬內(nèi)存的方式的好處多多，每個(gè)進(jìn)程都在自己的內(nèi)存空間中折騰，進(jìn)程之間可以避免產(chǎn)生沖突；每個(gè)進(jìn)程可以使用的內(nèi)存空間突破了物理內(nèi)存的限制；只要進(jìn)程真正需要物理內(nèi)存的時(shí)候，系統(tǒng)才會(huì)分配內(nèi)存，這樣可以最大程度的節(jié)省物理內(nèi)存，系統(tǒng)還需要負(fù)責(zé)虛擬地址到實(shí)際物理地址的映射。通過虛擬內(nèi)存這個(gè)中間層，使得進(jìn)程和物理內(nèi)存之間的組織變得更加自由。

3.??????? swap區(qū)

虛擬地址空間可以擴(kuò)展進(jìn)程可操控的內(nèi)存范圍，但實(shí)際的物理內(nèi)存還是有限的，還可能會(huì)出現(xiàn)物理內(nèi)存不足的情況。操作系統(tǒng)可以將物理內(nèi)存中一部分不常訪問的數(shù)據(jù)遷移到硬盤交互區(qū)中，這個(gè)硬盤交換區(qū)就成為swap區(qū)。通過冷數(shù)據(jù)遷出內(nèi)存的方式，可以更有效的利用物理內(nèi)存，等到程序真正需要這些數(shù)據(jù)時(shí)，再從swap區(qū)中將數(shù)據(jù)恢復(fù)到內(nèi)存中。

數(shù)據(jù)頻繁的在內(nèi)存和swap區(qū)之間進(jìn)行交互會(huì)導(dǎo)致程序性能驟降，所以在高性能服務(wù)中要避免swap情況的發(fā)生。

4.??????? free

在linux中的shell中執(zhí)行free命令，free命令的作用是顯示系統(tǒng)中已使用和空閑的內(nèi)存情況，以下是在我的開發(fā)機(jī)上free命令的執(zhí)行情況：

以下會(huì)針對(duì)著free展示的幾個(gè)指標(biāo)展開一下：

1)??????? used指標(biāo)表明當(dāng)前已被使用的內(nèi)存

2)??????? free指標(biāo)表示未被分配的內(nèi)存

3)??????? shared指標(biāo)表示當(dāng)前系統(tǒng)的共享內(nèi)存占用情況

4)??????? buffer指標(biāo)表示系統(tǒng)分配但可被使用的buffer數(shù)量

5)??????? cached指標(biāo)表明系統(tǒng)分配但可被使用的cached數(shù)量

先解釋一下buffer和cache的區(qū)別，兩者都會(huì)緩存系統(tǒng)的某些數(shù)據(jù)，其中buffer緩存的是塊設(shè)備的數(shù)據(jù)，如文件系統(tǒng)的metadata一級(jí)tracking in-flight pages。舉個(gè)簡單的例子，在shell下調(diào)用ls /home，然后再調(diào)用free就會(huì)發(fā)現(xiàn)buffer指標(biāo)的數(shù)字增加了。cached則會(huì)緩沖我們打開的普通的文件信息，再舉個(gè)簡單的例子，在shell下調(diào)用vi XX，然后再free也會(huì)發(fā)現(xiàn)cached指標(biāo)的數(shù)字也增加了。

linux系統(tǒng)會(huì)將暫時(shí)不使用的內(nèi)存作為文件和數(shù)據(jù)的緩沖，以提高系統(tǒng)的性能，當(dāng)系統(tǒng)需要這些內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)釋放以供使用，系統(tǒng)真正占用的內(nèi)存可以是：used-buffers-cached。

再補(bǔ)充一點(diǎn),Linux為了提高磁盤與內(nèi)存的存取效率，采用了兩種主要的Cache方式：buffer cache和page cache。前者針對(duì)著磁盤塊的讀寫，后者針對(duì)著文件inide的讀寫，這些cache有效的縮短了I/O系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間。

5.??????? top

在linux的shell中調(diào)用top命令，就可看各個(gè)進(jìn)程更加詳細(xì)的內(nèi)存使用。

其中,virt表示虛擬內(nèi)存占用，res表示常駐內(nèi)存，也就是實(shí)際的物理內(nèi)存占用，shr表示共享內(nèi)存占用。其中res指標(biāo)會(huì)有一點(diǎn)小出入：一是可能有些東西被交換到swap上，另一個(gè)就是有些內(nèi)存可能是共享的。

6.??????? mmap/malloc

這里的mmap只談文件映射，mmap可以將磁盤上的某個(gè)文件映射到進(jìn)程的虛擬地址空間上，映射完畢后，進(jìn)程可以直接操作地址指針的方式，而無需再使用rear/write的方式。當(dāng)進(jìn)程訪問mmap后的地址時(shí)，磁盤中的內(nèi)容并沒有存在于內(nèi)存中，這時(shí)候會(huì)觸發(fā)一次中斷將磁盤內(nèi)存讀取內(nèi)存中。

malloc則表示當(dāng)前進(jìn)程想要在堆上申請(qǐng)一塊內(nèi)存，系統(tǒng)會(huì)在進(jìn)程的虛擬地址空間中的堆區(qū)分配一塊區(qū)域，然后該調(diào)用就會(huì)返回該區(qū)域的地址。malloc調(diào)用并不會(huì)觸發(fā)實(shí)際的物理內(nèi)存分配，因?yàn)閘inux系統(tǒng)采用的是延遲分配的方式分配內(nèi)存，只有操作malloc分配的內(nèi)存區(qū)域時(shí)才會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)中斷，然后才會(huì)真正分配內(nèi)存。

mmap的中斷是一種大中斷，因?yàn)樯婕按疟P與內(nèi)存之間的交互，勢必會(huì)影響程序的性能；malloc的中斷是一種小中斷，由于在內(nèi)存中操作，速度非常快，幾乎不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。

在程序開發(fā)時(shí)，要注意mmap后系統(tǒng)性能暫時(shí)下降的問題，可以采用預(yù)讀或是數(shù)據(jù)預(yù)熱的方式。

7.??????? 小結(jié)

以上幾點(diǎn)是對(duì)linux內(nèi)存的淺淺的見識(shí)，總結(jié)一下，后面還得加油啊！

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