Linux 是怎么管理内存
内存映射
日常生活常说的内存是什么
- 比方说，我的笔记本电脑内存就是 8GB 的
- 这个内存其实是物理内存
- 物理内存也称为主存，大多数计算机用的主存都是动态随机访问内存（DRAM）
列如：
只有内核才可以直接访问物理内存，那么进程要访问内存时，怎么办？
虚拟地址空间
- 为了解决上面的问题，Linux 内核给每个进程都提供了一个独立的虚拟地址空间，并且这个地址空间是连续的
- 这样，进程就可以很方便地访问内存，更确切地说是访问虚拟内存
内部
- 虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间两部分
- 不同字长（单个 CPU 指令可以处理数据的最大长度）的处理器，地址空间的范围也不同
最常见的 32 位和64 位系统的虚拟地址空间
- 32 位系统的内核空间占用 1G，位于最高处，剩下的 3G 是用户空间
- 而 64 位系统的内核空间和用户空间都是 128T，分别占据整个内存空间的最高和最低处，剩下的中间部分是未定义的
进程的用户态和内核态
- 进程在用户态时，只能访问用户空间内存
- 只有进入内核态后，才可以访问内核空间内存
- 虽然每个进程的地址空间都包含了内核空间，但这些内核空间，其实关联的都是相同的物理内存
- 这样，进程切换到内核态后，就可以很方便地访问内核空间内存
为什么会有内存映射
- 既然每个进程都有一个这么大的地址空间，那么所有进程的虚拟内存加起来，自然要比实际的物理内存大得多
- 所以，并不是所有的虚拟内存都会分配物理内存，只有那些实际使用的虚拟内存才分配物理内存
- 并且分配后的物理内存，是通过内存映射来管理的
什么是内存映射
- 内存映射，其实就是将虚拟内存地址映射到物理内存地址
- 为了完成内存映射，内核为每个进程都维护了一张页表，记录虚拟地址与物理地址的映射关系
- 页表实际上存储在 CPU 的内存管理单元 MMU 中
- 正常情况下，处理器就可以直接通过硬件，找出要访问的内存
- 在页表的映射下，进程就可以通过虚拟地址来访问物理内存了
列如：
么具体到 一个 Linux 进程中，这些内存又是怎么使用的呢？
虚拟内存空间分布
回答上面的问题，需要进一步了解虚拟内存空间的分布情况
用户空间内存，其实又被分成了多个不同的段
这是 32 位系统，用户空间内存，从低到高分别是五种不同的内存段
- 只读段：包括代码和常量等
- 数据段：包括全局变量等
- 堆：包括动态分配的内存，从低地址开始向上增长
- 文件映射段：包括动态库、共享内存等，从高地址开始向下增长
- 栈：包括局部变量和函数调用的上下文等。栈的大小是固定的，一般是 8 MB
在这五个内存段中，堆和文件映射段的内存是动态分配的
比如说，使用 C 标准库的 malloc() 或者 mmap() ，就可以分别在堆和文件映射段动态分配内存
其实 64 位系统的内存分布也类似，只不过内存空间要大得多
列如：
内存究竟是怎么分配的呢？
内存分配与回收
分配
malloc() 是 C 标准库提供的内存分配函数，对应到系统调用上，有两种实现方式，即 brk() 和 mmap()
brk()
- 对小块内存（小于 128K），C 标准库使用 brk() 来分配
- 也就是通过移动堆顶的位置来分配内存
- 这些内存释放后并不会立刻归还系统，而是被缓存起来，这样就可以重复使用
- 优点：缓存可以减少缺页异常的发生，提高内存访问效率
- 缺点：由于这些内存没有归还系统，在内存工作繁忙时，频繁的内存分配和释放会造成内存碎片
mmap()
- 大块内存（大于 128K），则直接使用内存映射 mmap() 来分配，也就是在文件映射段找一块空闲内存分配出去
- 缺点：分配的内存，会在释放时直接归还系统，所以每次 mmap 都会发生缺页异常；在内存工作繁忙时，频繁的内存分配会导致大量的缺页异常，使内核的管理负担增大， 这也是 malloc 只对大块内存使用 mmap 的原因
总结
- 当这两种调用发生后，其实并没有真正分配内存
- 这些内存，都只在首次访问时才分配，也就是通过缺页异常进入内核中，再由内核来分配内存
Linux 使用伙伴系统来管理内存分配
- 这些内存在 MMU 中以页为单位进行管理，伙伴系统也一样，以页为单位来管理内存，并且会通过相邻页的合并，减少内存碎片化
- 在用户空间，malloc 通过 brk() 分配的内存，在释放时并不立即归还系统，而是缓存起来重复利用
- 在内核空间，Linux 则通过 slab 分配器来管理小内存
- 你可以把 slab 看成构建在伙伴系统上的一个缓存，主要作用就是分配并释放内核中的小对象
释放内存
- 对内存来说，如果只分配而不释放，就会造成内存泄露，甚至会耗尽系统内存
- 所以，在应用程序用完内存后，还需要调用 free() 或 unmap() ，来释放这些不用的内存
回收
系统不会任由某个进程用完所有内存，在发现内存紧张时，系统就会通过一系列机制来回收内存
- 回收缓存：比如使用 LRU（Least Recently Used）算法，回收最近使用最少的内存页面
- 回收不常访问的内存：把不常用的内存通过交换分区直接写到磁盘中
- 杀死进程：内存紧张时系统还会通过 OOM（Out of Memory内存溢出），直接杀掉占用大量内存的进程
回收不常访问的内存
- 会用到交换分区（以下简称 Swap）
- Swap 其实就是把一块磁盘空间当成内存来用
- 它可以把进程暂时不用的数据存储到磁盘中（这个过程称为换出），当进程访问这些内存时，再从磁盘读取这些数据到内存中（这个过程称为换入）
- 通常只在内存不足时， 才会发生 Swap 交换
- 优点：Swap 把系统的可用内存变大了
- 缺点：由于磁盘读写的速度远比内存慢，所以 Swap 会导致严重的内存性能问题
OOM
是内核的一种保护机制
它监控进程的内存使用情况，并且使用 oom_score 为每个进程的内存使用情况进行评分：
- 一个进程消耗的内存越大，oom_score 就越大，越容易被 OOM 杀死，从而保护系统
- 一个进程运行占用的 CPU 越多，oom_score 就越小
可以通过 /proc 文件系统，手动设置进程的 oom_adj ，从而调整进程的 oom_score
oom_adj 的范围是 [-17, 15] ，数值越大，表示进程越容易被 OOM 杀死；数值越小，表示进程越不容易被 OOM 杀死，其中 -17 表示禁止 OOM
调整 oom_score 的栗子
把 sshd 进程的 oom_adj 调小为 -16，这样， sshd 进程就 不容易被 OOM 杀死
如何查看内存使用情况
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显示的是整个系统的内存使用情况
https://www.cnblogs.com/poloyy/p/13503203.html
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可以查看系统内存使用情况，也可以看进程的，具体可以看下面的博客哦
