宋宝华Linux培训笔记-Linux内存管理
1、linux内存映射关系
内存映射中最重要的是页表，页表除了找到虚地址对应的物理地址外，在对应这一行中还存有两个标志位，一个是RWX标志位，表明该位置是可读还是可写，另一个是u/k标志位，区分用户空间和内核空间。每个进程看到4G内存，一般3G-4G虚地址对应kernel空间。
总结页表两个作用：虚实转换；权限管理。
2、linux物理内存分页
linux中物理内存页数为物理内存大小/4K，例如1G物理内存，则页数为1G/4K
linux物理内存进行分ZONE，通常分为DMA_ZONE,NORMAL_ZONE,HIGHMEM_ZONE，DMA_ZONE用于DMA设备，由于DMA访问内存地址线少，导致DMA访问内存区域较小，无法进行大内存分配，设定好ZONE后确保DMA不会因内存分配过大导致出错。
NORMAL_ZONE和DMA_ZONE位于0-896M，映射到linux的内核空间。
在每个ZONE内部，执行buddy算法，每次将2^n个连续的内存放在一起，查看如图
所以linux中申请页函数alloc_pages(order)是申请2^order页数
这种情况会导致碎片出现。
在针对内核分配空间时引入slab，slab从buddy那里取得内存后，切分为大小一样的小块，例如8字节，16字节等，然后进行分配。实现如下的二级管理机制：
通过slabtop可以对slab进行检测，可作为内存泄漏观察点
3、linux内存分配
linux内存分配为lazy allocation demanding page方式，刚申请时给的是零化空间，随着访问不断分配内存
如图所示，上面为写的部分分配内存成功，没有写的部分依然指向零化页面。
4、OOM机制
OOM机制是在linux上当内存使用枯竭时，找出最该杀的进程进行kill，从而释放内存。
决定一个进程是否该杀是根据oom_score.
可通过echo [-15,15] > /proc/pidof/oom_adj 设置一个进程的oom_score。Echo到oom_adj中的值越大，oom_score值也会越大，该进程就更容易被杀。
可通过dmesg查看一个进程被杀的原因。
上图为firefox的oom设置
如果不想启用OOM机制，可以将panic_on_oom设为1，这样内存枯竭时不再杀进程，而是操作系统崩溃
5、VMA
在进程task_struct中含有mm，指向mm_struct，其中包含进程所有的内存。
Vma为进程的虚拟地址空间
通过maps能够看到进程所有的VMA。VMA代表逻辑权限，不代表页表权限，VMA中的逻辑权限决定参考记录进程情况信息，进程发生page fault时参考VMA。
当出现page fault时有下面三种情况
- 无VMA，表明地址非法，杀进程
- 有VMA 但是权限不对，杀进程
- 有VMA，权限也对，分配空间给进程
RSS不同于VSS，RSS指驻留在内存条上的内存，属于真实内存。VSS>=RSS，采用lazy allocation技术，只有访问到某段空间时，才会在真实内存条上进行内存分配。
如上图所示，对线程1来说
VSS=1+2+3，表明进程虚拟内存大小
RSS=4+5+6，表明驻留在内存中的大小
PSS=4/3+5/2+6，因为有三个线程共享4，两个线程共享5，PSS表明的是均一化内存消耗，PSS能够反映物理内存如何被进程瓜分
USS=6，进程独占部分
6、smem
可以通过smem查看进程的uss,pss和rss
也可以通过smem –pie=command smem –bar=command.
检测内存泄漏，可以通过在n个时间点上看uss进行判断，内存泄漏趋势为uss不断变大。
7、page cache
用户进程通过两种方式访问硬盘
一种是直接访问dd，一种是挂载文件系统访问。其中两种方式都会在内存中产生page cache.
圆圈1产生的page cache被称为cached page cache
圆圈2产生的page cache称为buffers page cache
通过free命令可以看到内存使用情况
在第一行used中，包含了kernel使用的内存，app使用的内存以及page cached内存
其中page cached内存可以被回收，所以第二行显示了page cache被回收后的内存使用情况。
释放page cache可用
可以看到buffers和cached都减小了
8、mmap
mmap可以将文件映射到进程虚拟地址空间，*p=mmap()，文件对于程序来说就是一段内存区域，这样就可以通过指针直接操作硬盘上文件
上图中为firefox启动过程中的page cache信息，major page fault对应于操作硬盘，minor page fault不操作硬盘。
9、文件背景
一个页面有文件背景，其在硬盘上有对应文件
一个页面没有文件背景，通常为程序栈、堆、数据段内容，硬盘上没有对应文件，称为匿名页，常驻内存。
为了不让匿名页常驻内存，也能够被交换出去，linux中为匿名页伪造了文件背景，存放在swap分区（硬盘虚拟分区）
对应关系如下：
Swap替换算法采用LRU，和cache替换算法一样。
10、内存泄漏检查
在gcc 4.9版本以后，增加了内存泄漏检查工具
Gcc –fsanitize=address