Linux理解virt、res、shr之间的关系

目录

1、关于内存的两个概念

 2、虚拟内存

3、驻留内存

4、top命令中VIRT、RES和SHR

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1、关于内存的两个概念

        要理解top命令关于内存使用情况的输出，我们必须首先搞清楚虚拟内存（Virtual Memory）和驻留内存（Resident Memory）两个概念。  

        日常工作生活中，总是会遇到查看Linux内某进程占用内存的场景，但打开 top 或 htop 就会看到内存栏其实被分为了三个指标：VIRT、RES、SHR，分别代表 虚拟内存（Virtual Memory）、驻留内存（Resident Memory）、共享内存（Share Memory）      。

进程号 USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR    %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND
 837833 root      20   0  722628  22684  13948 S   4.3   0.1   6:22.89 aliyunpan

 2、虚拟内存

虚拟存储空间占用的是硬盘空间。

        如果物理内存不够用，系统会自动从硬盘上划分出一定的地方作为虚拟内存使用，虽然速度会受到一定影响，但是保证了程序的正常运行。

        虚拟内存是一种计算机内存管理技术，它允许操作系统将物理内存和磁盘空间组合使用，来满足进程的内存需求。虚拟内存将进程的地址空间分成多个页（page），并将页映射到物理内存或磁盘上的页面文件中。当进程访问虚拟内存中的某个页时，操作系统会根据映射关系将其读取到物理内存中或从磁盘读取页面文件到物理内存中。

        因此，虚拟内存并不是磁盘空间，而是一种利用磁盘空间来扩展物理内存的技术。在虚拟内存中，操作系统会将物理内存和磁盘空间组合使用，来扩展可用的内存大小，从而使应用程序能够运行更多的进程和应用程序。在虚拟内存中，磁盘空间被用作页面文件（page file）来存储物理内存中无法容纳的数据，以实现内存的扩展

        首先需要强调的是虚拟内存不同于物理内存，虽然两者都包含内存字眼但是它们属于两个不同层面的概念。进程占用虚拟内存空间大并非意味着程序的物理内存也一定占用很大。虚拟内存是操作系统内核为了对进程地址空间进行管理（process address space management）而精心设计的一个逻辑意义上的内存空间概念。

        我们程序中的指针其实都是这个虚拟内存空间中的地址。比如我们在写完一段C++程序之后都需要采用g++进行编译，这时候编译器采用的地址其实就是虚拟内存空间的地址。因为这时候程序还没有运行，何谈物理内存空间地址？凡是程序运行过程中可能需要用到的指令或者数据都必须在虚拟内存空间中。

        既然说虚拟内存是一个逻辑意义上（假象的）的内存空间，为了能够让程序在物理机器上运行，那么必须有一套机制可以让这些假象的虚拟内存空间映射到物理内存空间（实实在在的RAM内存条上的空间）。这其实就是操作系统中页映射表（page table）所做的事情了。

        内核会为系统中每一个进程维护一份相互独立的页映射表。页映射表的基本原理是将程序运行过程中需要访问的一段虚拟内存空间通过页映射表映射到一段物理内存空间上，这样CPU访问对应虚拟内存地址的时候就可以通过这种查找页映射表的机制访问物理内存上的某个对应的地址。“页（page）”是虚拟内存空间向物理内存空间映射的基本单元。

        下图演示了虚拟内存空间和物理内存空间的相互关系，它们通过Page Table关联起来。其中虚拟内存空间中着色的部分分别被映射到物理内存空间对应相同着色的部分。而虚拟内存空间中灰色的部分表示在物理内存空间中没有与之对应的部分，也就是说灰色部分没有被映射到物理内存空间中。这么做也是本着“按需映射”的指导思想，因为虚拟内存空间很大，可能其中很多部分在一次程序运行过程中根本不需要访问，所以也就没有必要将虚拟内存空间中的这些部分映射到物理内存空间上。

                                虚拟内存空间到物理内存空间映射

        总结一下就是，虚拟内存是一个假象的内存空间，在程序运行过程中虚拟内存空间中需要被访问的部分会被映射到物理内存空间中。虚拟内存空间大只能表示程序运行过程中可访问的空间比较大，不代表物理内存空间占用也大 

3、驻留内存

        驻留内存，顾名思义是指那些被映射到进程虚拟内存空间的物理内存。上图中，在系统物理内存空间中被着色的部分都是驻留内存。比如，A1、A2、A3和A4是进程A的驻留内存；B1、B2和B3是进程B的驻留内存。

        进程的驻留内存就是进程实实在在占用的物理内存。一般我们所讲的进程占用了多少内存，其实就是说的占用了多少驻留内存而不是多少虚拟内存。因为虚拟内存大并不意味着占用的物理内存大。

4、top命令中VIRT、RES和SHR

        关于虚拟内存和驻留内存这两个概念我们说到这里。下面一部分我们来看看top命令中VIRT、RES和SHR分别代表什么意思。

        搞清楚了虚拟内存的概念之后解释VIRT的含义就很简单了。VIRT表示的是进程虚拟内存空间大小。对应到图1中的进程A来说就是A1、A2、A3、A4以及灰色部分所有空间的总和。也就是说VIRT包含了在已经映射到物理内存空间的部分和尚未映射到物理内存空间的部分总和。

        RES的含义是指进程虚拟内存空间中已经映射到物理内存空间的那部分的大小。对应到图1中的进程A来说就是A1、A2、A3以及A4几个部分空间的总和。所以说，看进程在运行过程中占用了多少内存应该看RES的值而不是VIRT的值。

最后来看看SHR所表示的含义

        SHR是share（共享）的缩写，它表示的是进程占用的共享内存大小。在上图中我们看到进程A虚拟内存空间中的A4和进程B虚拟内存空间中的B3都映射到了物理内存空间的A4/B3部分。咋一看很奇怪。

为什么会出现这样的情况呢？

        其实我们写的程序会依赖于很多外部的动态库（.so），比如libc.so、libld.so等等。这些动态库在内存中仅仅会保存/映射一份，如果某个进程运行时需要这个动态库，那么动态加载器会将这块内存映射到对应进程的虚拟内存空间中。多个进展之间通过共享内存的方式相互通信也会出现这样的情况。

        这么一来，就会出现不同进程的虚拟内存空间会映射到相同的物理内存空间。这部分物理内存空间其实是被多个进程所共享的，所以我们将他们称为共享内存，用SHR来表示。

        某个进程占用的内存除了和别的进程共享的内存之外就是自己的独占内存了。所以要计算进程独占内存的大小只要用RES的值减去SHR值即可。