Linux基礎之內存

物理內存和虛擬內存

定義

  物理內存： 物理內存條提供的的內存空間，真正存儲數據的地方；
  虛擬內存： 每個進程的邏輯內存，特點是獨立、連續，只是邏輯上存在，並不能真正存儲數據；

內存映射

  因爲所有進程的虛擬內存加起來會遠超物理內存，所以操作系統只會給進程真正使用的虛擬內存分配物理內存，通過頁表維護進程的虛擬內與與物理內存之間的映射關係，每個頁表都有一個單獨的頁表，如下圖所示：

虛擬內存好處

• 進程隔離：每個進程擁有獨立的虛擬地址空間，進程間互不影響；
• 地址空間：虛擬地址空間是連續、無限大的（64位系統），降低應用程序開發難度；
• 物理內存管理：物理內存完全由操作系統管理，更加安全高效；
• 共享內存：進程間共享的數據只需在物理內存中維護一份即可；

內核空間和用戶空間

 爲了避免用戶進程直接操作內核，保證內核安全，操作系統將進程的虛擬內存劃分爲兩部分，一部分是內核空間（Kernel-space），一部分是用戶空間（User-space），如下圖所示：

用戶空間

  用戶的程序運行在用戶空間，稱爲“用戶態”。處於用戶態的進程不能訪問內核空間中的數據，也不能直接調用內核函數，必須要先切換爲“內核態”纔行。用戶空間內存可以分爲五部分：

• 只讀段，包括代碼和常量等；
• 數據段，包括全局變量等；
• 堆，包括動態分配的內存，從低地址開始向上增長；
• 文件映射段，包括動態庫、共享內存等，從高地址開始向下增長；
• 棧，包括局部變量和函數調用的上下文等。棧的大小是固定的，一般是 8 MB；

內核空間

  內核空間是爲操作系統的內核保留的，按訪問權限可以分爲進程私有和進程共享兩塊區域：

• 進程私有的虛擬內存：每個進程都有單獨的內核棧、頁表、task 結構以及 mem_map 結構等；
• 進程共享的虛擬內存：屬於所有進程共享的內存區域，包括物理存儲器、內核數據和內核代碼區域。雖然每個進程的地址空間都包含了內核空間，但這些內核空間，其實關聯的都是相同的物理內存，如下圖所示：
  

內存查看

系統整體使用及各進程使用 — top

• VIRT 是進程虛擬內存的大小，只要是進程申請過的內存，即便還沒有真正分配物理內存，也會計算在內；
• RES 是常駐內存的大小，也就是進程實際使用的物理內存大小，但不包括 Swap 和共享內存；
• SHR 是共享內存的大小，比如與其他進程共同使用的共享內存、加載的動態鏈接庫以及程序的代碼段等；
• %MEM 是進程使用物理內存佔系統總內存的百分比；

系統整體使用 — free/vmstat

各進程使用 — pidstat

參考：

1. 支撐百萬併發的“零拷貝”技術，你瞭解嗎？