一、前言

在我们编写嵌入式linux 应用程序时，往往为了业务实现而忽略了一些代码优化的问题。使得程序臃肿，内存使用不合理，导致一些程序运行缓慢的问题。当然了，在当今师姐，嵌入式设备的内存问题似乎也越来越小，因为内存在逐渐增大，笔者目前开发的设备其内存已经达到了 4G。但我们不一定一直开发大内存的设备，有时我们也会面临开发小内存设备的境地。所以我们有必要学习如何优化内存，要达到优化内存的目的我们就需要知道有哪些内存占用得大，所以我们就需要 检查内存。

二、内存分类

在Linux中，我们可以将进程大致分为 4 种，分别是：

V(irtual)SS：指 单个进程 全部可访问的地址空间，其有可能包括尚未在内存中驻留的部分。对于确定单个进程实际内存使用大小 VSS 用处不大。
R(esident)SS：指单个进程实际占用的内存大小。RSS 也不太准确，是因为它还包括该进程所使用共享库全部内存大小。一个共享库，可能被多个进程使用，但该共享库实际只会被装入内存一次。
P(roportional)SS：PSS 相对于 RSS 计算共享库内存大小是按比例的。N个进程共享，该库对 PSS 大小的贡献只有1/N。
U(nique)SS：USS是单个进程私有的内存大小，即该进程独占的内存部分。USS揭示了运行一个特定进程在的真实内存增量大小。如果进程终止，USS就是实际被返还给系统的内存大小。一般我们用该内存代表进程实际使用的内存

三、系统内存测量方法

3.1 free

最直观的我们可以使用 free 查看一个系统的内存使用，如下：

free指令

上图所示中的各个内存分别如下：

buffers：用于给 Linux 系统中块设备做缓冲区，在某些时候可以回收使用。
cached：用来缓冲我们所打开的文件。在 linux 系统中，如果内存充足，系统会使用内存来缓存一些文件，从而加快进程的运行速度。当内存不足时，这些内存就会被回收。
free：空闲内存
真正可用的内存为 free+buffers+cached。

3.2 /proc

我们都知道 proc目录 是存放 linux 内核生成信息的目录，我们可以通过访问该目录来获取一些内核数据，其中就包括内存。

3.2.1 meminfo

如下图所示，我们可以直接查看系统内存总的使用信息

meminfo

同理，总的系统内存使用情况为 MemFree + Buffers + Free

那么以上就是 系统内存 的使用情况查看了，现在我们可以知道系统内存的使用情况了，那么是哪些进程占用了这些内存了，找出这些进程我们就可以对其进行优化

四、进程内存测量方法

进程内存使用情况的测量我们依旧离不开 /proc文件系统。在 /proc 目录下有一些数字，这些数字都是一个目录，它们都代表着一个进程，可以通过访问这些 纯数字目录 下的文件来获取进程信息。如下所示：

/proc目录

我们可以从中的几个属性来衡量进程内存的使用情况，包括 statm、smap、maps 和 memmap。其中 maps 需要和 memmap 联合使用才能测量出具体使用的 物理内存情况，但 memmap 有些系统版本并不支持，所以这里就不细讲其使用方法，我们主要说明 statm、smap、maps。

4.1 进程内存分类

本小节讲解一个小知识点，就是进程内存可以简单分类一下：

虚拟内存
物理内存

我们都知道应用程序都有 4G内存空间，那么这对应就是 虚拟内存。linux 系统不是简单的响应我们的内存请求，当我们使用 malloc 的时候系统不会实时分配内存给应用程序，而是当应用程序访问 malloc 分配的内存时，产生 缺页异常 才分配 物理内存页 给应用程序。要注意，一个 物理内存页 是 4K Bytes 大小。

4.2 进程内存测量

本小节直接给大家展示各个属性的使用方法，读者们可以自行实现一个小程序，通过以下属性查看其内存使用情况

4.2.1 statm

我们直接使用 cat 命令查看 statm 属性，如下所示：

statm

这里的 7 个数，他们的单位都是 物理内存页(4K)。它们的意思如下：

Size (total pages)：进程虚拟地址空间的大小
Resident(pages)：应用程序正在使用的物理内存的大小
Shared(pages)：共享页数
Trs(pages)：程序所拥有的可执行虚拟内存的大小
Lrs(pages)：被映像到任务的虚拟内存空间的库的大小
Drs(pages)：程序数据段和用户态的栈的大小
dt(pages)：脏页数量（已经修改的物理页面）

Size、Trs、Lrs 和 Drs 分别对应于进程的 虚拟内存，而 Resident、shared 和 dr 对应于 物理内存。

4.2.2 maps

我们直接使用 cat 命令查看 maps 属性，如下所示：

maps

maps 的每一行都描述一个 VMA，其各属性意义分别如下：

第一列：00010000-00011000 代表该内存段的虚拟地址。
第二列：r-xp 代表着该内存的权限，其值含义为： r=读，w=写，x=执行，s=共享，p=私有
第三列：00000000 代表该段在程序文件中的便宜
第四列：1f:12 代表映射文件所在存储介质的主设备号和次设备号。可以通过 cat /proc/devices 来查看设备信息，并查找出该内存映射位于什么设备文件。比如 1f 的十进制为 31，其在设备信息中为 mtdblock 文件。所以该段内存映射位于 mtdblock设备 的文件。如果该属性为 0，则表示该内存没有映射到 程序文件 中，这种叫 匿名虚拟内存区域(Anonymous Virtual Memory Area)，一般是 堆和栈。
第五列：1052503 映像文件的节点号；
第六列：/mnt/mem_optmize 映像文件的路径，对应着执行文件所对在的路径。

我们看下面几行信息：

00010000-00011000 r-xp 00000000 00:12 1052503 /mnt/mem_optmize
00020000-00021000 r--p 00000000 00:12 1052503 /mnt/mem_optmize
00021000-00022000 rw-p 00001000 00:12 1052503 /mnt/mem_optmize
00022000-00043000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
be8b2000-be8d3000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]

第一行权限为 r-xp，即只读、可执行，所以该段内存位于 代码段
第二行权限为 r--p，即只有只读权限，可以判断该段内存位于 只读数据段
第三行权限为 rw-p，即读写权限，可以判断该段内存位于 数据段
第四行和第五行在结尾告诉我们它们分别为堆段和栈段

当然了，其余段笔者就不分析了，有兴趣的读者可以自行查看资料学习。

4.2.3 smaps

我们直接使用 cat 命令查看 smaps 属性，如下所示：

smaps

上图只展示了其中一个段，各个属性意义如下：

第一行：与 maps 的属性一样
size：进程使用内存空间，并不一定实际分配了内存，属于 VSS
Rss：实际分配的内存(不需要缺页中断就可以使用的)
Pss：平摊计算后的使用内存(有些内存会和其他进程共享，例如mmap进来的)
Shared_Clean：和其他进程共享的未改写页面
Shared_Dirty：和其他进程共享的已改写页面
Private_Clean：未改写的私有页面页面
Private_Dirty：已改写的私有页面页面
Referenced：标记为访问和使用的内存大小
Anonymous：不来自于文件的内存大小
Swap：存在于交换分区的数据大小(如果物理内存有限，可能存在一部分在主存一部分在交换分区)
KernelPageSize：内核页大小
MMUPageSize：MMU页大小，基本和Kernel页大小相同

这里简单的罗列一下公示：

USS = Private_Clean + Private_Dirty
PSS = USS + (Shared_Clean + Shared_Dirty)/n
RSS = Private_Clean + Private_Dirty + Shared_Clean + Shared_Dirty

一般情况下，我们查看 Private_Clean 和 Private_Dirty 即可，它们的和可以看成是进程内存的使用情况(不包括共享库等共享内存)

五、参考链接

Linux内存管理一个进程究竟占用多少空间？-VSS/RSS/PSS/USS https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/9375377.html
Linux smaps接口文件结构https://www.cnblogs.com/0616--ataozhijia/p/3999661.html
书籍《嵌入式linux内存与性能详解》

《嵌入式Linux内存与性能详解》笔记1——内存测量