memory

内存主要用来存储系统和应用程序的指令，数据，缓存等

• 段式内存管理 程序需要多少内存就分配多少实际的物理内存，通过段表，段选因子和段内偏移量计算出物理内存地址；
  2个问题
  • 外部内存碎片 会导致多个不连续的小物理内存，导致新的程序无法启动
  • 内部内存碎片 程序启动时候，会把所有的物理内存申请到，而程序大部分内存是不常用的，会导致内存浪费
• 页式内存管理 页式内存管理是虚拟内存分成一个个相等的大小页(4K),通过页表（MMU）管理虚拟内存跟物理内存的映射关系，用页号+页内偏移量 计算出实际物理内存地址。申请内存时候只是申请了虚拟内存，当使用真正物理内存中，通过页表查找虚拟内存跟物理内存的映射关系 未找到物理内存时，会发生缺页中断

linux内核给每个进程都提供了一个独立的虚拟的地址空间，并且这个空间是连续的，这样进程就可以很 方便的访问内存，应该是虚拟内存了 虚拟地址空间的内部分成内核空间和用户空间2部分，不同字长的处理器，地址空间的范围也不同； 32位和64位系统，如下所示

32位系统内核空间占用1G，位于最高处，剩下的3G是用户空间。64位系统的内核空间和用户空间都是128T

既然每个进程都有这么大的地址空间，那么所有的进程的虚拟内存加起来比实际的物理内存大的多， 所以并不是所有的虚拟内存都会分配物理内存，只有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。

内存映射其实就是把虚拟内存地址映射到物理内存地址，为了完成映射，内核为每个 进程都维护一张页表，记录了虚拟地址与物理地址的映射的关系；如下图所示

页表实际上存储在CPU的内存管理单元MMU中，处理器就可以通过硬件，找出要访问的内存。

当进程访问的虚拟地址在页表中查不到的时，系统会产生一个缺页中断，进入内核空间分配 物理内存，更新进程页表，最后返回用户空间，恢复进程的运行

32位系统如下

通过这张图可以看到，用户空间内存，从低到高分别是5种不同的内存段

1. 只读段，包括代码和常量
2. 数据段，包括全局变量等
3. 堆，包括动态分配的内存，从低地址开始向上增长
4. 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
5. 栈，包括局部变量和函数调用的上下文等，栈的大小是固定，一般是8MB

这5段内存中，堆和文件映射的内存是动态分配的，用C的sbrk,brk, mmap 就可以分配堆和文件映射段动态分配内存

libc库通过malloc申请内存，系统底层调用brk, mmap分配内存 对于小块内存(小于128K) 使用brk来分配，这些内存释放后并不会立刻归还系统，被缓存起来，这样就就可以重复使用

大块内存(大于128KB) 直接使用内存映射mmap分配，也就是在文件映射段找一块空闲内存分配出去

2种方式各有优缺点

brk() 方式的缓存，可以减少缺页异常的发生，提高内存访问效率。不过，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。

而 mmap() 方式分配的内存，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

系统不会任由某个进程用完所有的内存，在发现内存紧张时，系统通过一系列机制完成回收内存

• 回收缓存 使用LRU
• 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
• 杀死进程，内存紧张时系统通过OOM(out of memory),直接杀掉占用内存的进程

Linux下通过free工具可以查看内存的使用情况 free -h

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           376G         65G         46G        4.2G        263G        303G
Swap:            0B          0B          0B

! buffer是对磁盘数据的缓存，而Cache是对文件数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中

可以通过top工具，查看具体进程内存使用情况 top

top - 15:40:27 up 751 days, 18:30, 20 users,  load average: 1.01, 1.04, 1.05
Tasks: 847 total,   1 running, 846 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  1.3 us,  0.0 sy,  0.0 ni, 98.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem : 39464640+total, 49004744 free, 69201728 used, 27643993+buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used. 31859532+avail Mem

   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
   
400393 root      20   0  0.111t 0.058t  67628 S   0.0 15.7  14:26.57 IAServer

271306 quhang    20   0 9544604 1.537g   7912 S   0.0  0.4   6:06.27 cpptools

450356 lys       20   0 6416576 772888   2508 S   0.0  0.2  47:12.47 access_server

• VIRT 是进程虚拟内存的大小，只要是进程申请过的内存，即便还没有真正分配物理内存，也会计算在内
• RES 是常驻内存的大小，也就是进程实际使用的物理内存大小，但不包括 Swap 和共享内存
• SHR 是共享内存的大小，比如与其他进程共同使用的共享内存、加载的动态链接库以及程序的代码段等
• %MEM 是进程使用物理内存占系统总内存的百分比

第一，虚拟内存通常并不会全部分配物理内存。从上面的输出，你可以发现每个进程的虚拟内存都比常驻内存大得多。

第二，共享内存 SHR 并不一定是共享的，比方说，程序的代码段、非共享的动态链接库，也都算在 SHR 里。当然， SHR 也包括了进程间真正共享的内存。所以在计算多个进程的内存使用时，不要把所有进程的 SHR 直接相加得出结果