内存管理：一文读懂Linux内存组织结构及页面布局

1、内存是什么？

1) 内存又称主存，是 CPU 能直接寻址的存储森郑空间，由半导体器件制成；

2) 内存的特点是存取速率快，断电一般不保存数据，非持久化设备；

2、内存的作用

1) 暂时存放 cpu 的运算数据

2) 硬盘等外部存储器交换的数据

3) 保障 cpu 计算机的稳定性和高性能

1、linux 内存地址空间 Linux 内存管理全貌

2、内存地址——用户态&内核态

3、内存地址——MMU 地址转换

4、内存地址——分段机制

1) 段选择符

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2) 分段实现

5、内存地址——分页机制（32 位）

6、用户态地址空间

7、内核态地址空间

8、进程内存空间

内存管理算法 ——对讨厌自己管理内存的人来说是天赐的礼物

1、内存碎片

1) 基本原理

2) 如何避免内存碎片

2、伙伴系统算法——组织结构

1) 概念

2) 外部碎片

3、伙伴系统算法——申请和回收

1) 申请算法

2) 回收算法

3) 条件

4、如何分配 4M 以上内存？

1) 为何限制大旦春盯块内存分配

2) 内核中获取 4M 以上大内存的方法

5、伙伴系统——反碎片机制

1) 不可移动页

2) 可回收页

6、slab 算法——基本原理

1) 基本概念

2) 内部碎片

7、slab 分配器的结构

详细参考：

经典|图解Linux内存性能优化核心思想

8、slab 高速缓存

1) 普通高速缓存

2) 专用高速缓存

9、内核态内存池

1) 基本原理

2) 内核 API

10、用户态内存池

1) C++ 实例

11、DMA 内存

1) 什么是 DMA

2) DMA 信号

out of memory 的时代过去了吗？no，内存再充足也不可任性使用。

1、内存的使用场景

2、用户态内存分配函数

a) 如果当前连续内存块足够 realloc 的话，只是将 p 所指向的空间扩大，并返回模和 p 的指针地址。这个时候 q 和 p 指向的地址是一样的

b) 如果当前连续内存块不够长度，再找一个足够长的地方，分配一块新的内存，q，并将 p 指向的内容 copy 到 q，返回 q。并将 p 所指向的内存空间删除

3、内核态内存分配函数

4、malloc 申请内存

5、缺页异常

6、用户进程访问内存分析

7、共享内存

1) 原理

2) shm 接口

1、C 内存泄露

2、C 野指针

3、C 资源访问冲突

4、STL 迭代器失效

错误示例：删除当前迭代器，迭代器会失效

正确示例：迭代器 erase 时，需保存下一个迭代器

5、C++ 11 智能指针

（1）原理分析：

（2）数据结构：

（3）使用方法：

6、C++ 11 更小更快更安全

六、 如何查看内存

可以通过 cat /proc/slabinfo 命令查看

可以通过 /proc/sys/vm/drop_caches来释放

　[root@scs-2 tmp]# free

total used free shared buffers cached

Mem: 3266180 3250004 16176 0 110652 2668236

-/+ buffers/cache: 471116 2795064

Swap: 2048276 80160 1968116

下面是对这些数值的解释：

total:总计物理内存的大小。

used:已使用多大。

free:可用有多少。

Shared:多个进程共享的内存总额。

Buffers/cached:磁盘缓存的大小。

第三行(-/+ buffers/cached):

used:已使用多大。

free:可用有多少。

第四行就不多解释了。

区别：第二行(mem)的used/free与第三行(-/+ buffers/cache) used/free的区别。 这两个的区别在于使用的角度来看，第一行是从OS的角度来看，因为对于OS，buffers/cached 都是属于被使用，所以他的可用内存是16176KB,已用内存是3250004KB,其中包括，内核（OS）使用+Application(X, oracle,etc)使用的+buffers+cached.

第三行所指的判迅是从应用程序角度来看，对于应用程序来说，buffers/cached 是等于可用的，因为buffer/cached是为了提高文件读取的性能，当应用程序需在用到内存的时候，buffer/cached会很快地被回收。

所以从应用程序的角度来说，可用内存=系统free memory+buffers+cached。

如上例：

2795064=16176+110652+2668236

接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。 当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换。

如何看额定值：

cat /proc/meminfo

[root@scs-2 tmp]# cat /proc/meminfo

MemTotal: 3266180 kB

MemFree: 17456 kB

Buffers: 111328 kB

Cached: 2664024 kB

SwapCached: 0 kB

Active: 467236 kB

Inactive: 2644928 kB

HighTotal: 0 kB

HighFree: 0 kB

LowTotal: 3266180 kB

LowFree: 17456 kB

SwapTotal: 2048276 kB

SwapFree: 1968116 kB

Dirty: 8 kB

Writeback: 0 kB

Mapped: 345360 kB

Slab: 112344 kB

Committed_AS: 535292 kB

PageTables: 2340 kB

VmallocTotal: 536870911 kB

VmallocUsed: 272696 kB

VmallocChunk: 536598175 kB

HugePages_Total: 0

HugePages_Free: 0

Hugepagesize: 2048 kB

用free -m查看的结液闹果：

[root@scs-2 tmp]# free -m

total used free shared buffers cached

Mem: 3189 3173 16 0 107 2605

-/+ buffers/cache: 460 2729

Swap: 2000 78 1921

查看/proc/kcore文件的大小（内存镜像）：

[root@scs-2 tmp]# ll -h /proc/kcore

-r——– 1 root root 4.1G Jun 12 12:04 /proc/kcore

备注：

占用内存的测量

测量一个进程占用了多少内存，linux为我们提供了一个很方便的方法闹冲罩，/proc目录为我们提供了所有的信息，实际上top等工具也通过这里来获取相应的信息。

/proc/meminfo 机器的内存使用信息

/proc/pid/maps pid为进程号，显示当前进程所占用的虚拟地址。

/proc/pid/statm 进程所占用的内存

[root@localhost ~]# cat /proc/self/statm

654 57 44 0 0 334 0

输出解释

CPU 以及CPU0。。。的每行的每个参数意思（以第一行为例）为：

参数 解释 /proc//status

Size (pages) 任务虚拟地址空间的大小 VmSize/4

Resident(pages) 应用程序正在使用的物理内存的大小 VmRSS/4

Shared(pages) 共享页数 0

Trs(pages) 程序所拥有的可执行虚拟内存的大小 VmExe/4

Lrs(pages) 被映像到任务的虚拟内存空间的库的大小 VmLib/4

Drs(pages) 程序数据段和用户态的栈的大小 （VmData+ VmStk ）4

dt(pages) 04

查看机器可用内存

/proc/28248/>free

total used free shared buffers cached

Mem: 1023788 926400 97388 0 134668 503688

-/+ buffers/cache: 288044 735744

Swap: 1959920 89608 1870312

我们通过free命令查看机器空闲内存时，会发现free的值很小。这主要是因为，在linux中有这么一种思想，内存不用白不用，因此它尽可能的cache和buffer一些数据，以方便下次使用。但实际上这些内存也是可以立刻拿来使用的。

所以 空闲内存=free+buffers+cached=total-used

top命令备大能显示系统内存。

目前常用的Linux下查看内容的专用工具是free命令。

下面是对内存查看free命令输出内容的解释：

total：总计物理内存的大小。

used：已使用多大。

free：可用有多少。

Shared：多个进程共享颂滚派的内存总额。

Buffers/野贺cached：磁盘缓存的大小。

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