Linux基础之内存

物理内存和虚拟内存

定义

  物理内存： 物理内存条提供的的内存空间，真正存储数据的地方；
  虚拟内存： 每个进程的逻辑内存，特点是独立、连续，只是逻辑上存在，并不能真正存储数据；

内存映射

  因为所有进程的虚拟内存加起来会远超物理内存，所以操作系统只会给进程真正使用的虚拟内存分配物理内存，通过页表维护进程的虚拟内与与物理内存之间的映射关系，每个页表都有一个单独的页表，如下图所示：

虚拟内存好处

• 进程隔离：每个进程拥有独立的虚拟地址空间，进程间互不影响；
• 地址空间：虚拟地址空间是连续、无限大的（64位系统），降低应用程序开发难度；
• 物理内存管理：物理内存完全由操作系统管理，更加安全高效；
• 共享内存：进程间共享的数据只需在物理内存中维护一份即可；

内核空间和用户空间

 为了避免用户进程直接操作内核，保证内核安全，操作系统将进程的虚拟内存划分为两部分，一部分是内核空间（Kernel-space），一部分是用户空间（User-space），如下图所示：

用户空间

  用户的程序运行在用户空间，称为“用户态”。处于用户态的进程不能访问内核空间中的数据，也不能直接调用内核函数，必须要先切换为“内核态”才行。用户空间内存可以分为五部分：

• 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；

内核空间

  内核空间是为操作系统的内核保留的，按访问权限可以分为进程私有和进程共享两块区域：

• 进程私有的虚拟内存：每个进程都有单独的内核栈、页表、task 结构以及 mem_map 结构等；
• 进程共享的虚拟内存：属于所有进程共享的内存区域，包括物理存储器、内核数据和内核代码区域。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，如下图所示：
  

内存查看

系统整体使用及各进程使用 — top

• 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；

系统整体使用 — free/vmstat

各进程使用 — pidstat

参考：

1. 支撑百万并发的“零拷贝”技术，你了解吗？