80%的 Linux 使用者都不懂的内存优化

深藏阁楼爱情的钟 2023-09-29 14:45 12阅读 0赞

## 前言   之前在实习时，听了 OOM 的分享之后，就对 Linux 内核内存管理充满兴趣，但是这块知识非常庞大，没有一定积累，不敢写下，担心误人子弟，所以经过一个一段时间的积累，对内核内存有一定了解之后，今天才写下这篇文章记录，分享。这篇文章主要是分析了单个进程空间的内存布局与分配，是从全局的视角分析下内核对内存的管理; ##

## 正文 ##

下面主要从以下方面介绍 Linux 内存管理:

*  进程的内存申请与分配；
 *  内存耗尽之后 OOM；
 *  申请的内存都在哪？
 *  系统回收内存；

## 1、进程的内存申请与分配 ##

之前文章介绍 hello world 程序是如何载入内存以及是如何申请内存的，我在这，再次说明下：同样，还是先给出进程的地址空间，我觉得对于任何开发人员这张图是必须记住的，还有一张就是操作 disk ，memory 以及 cpu cache 的时间图。

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当我们在终端启动一个程序时，终端进程调用 exec 函数将可执行文件载入内存，此时代码段，数据段，bbs 段，stack 段都通过 mmap 函数映射到内存空间，堆则要根据是否有在堆上申请内存来决定是否映射。

exec 执行之后，此时并未真正开始执行进程，而是将 cpu 控制权交给了动态链接库装载器，由它来将该进程需要的动态链接库装载进内存。之后才开始进程的执行，这个过程可以通过 strace 命令跟踪进程调用的系统函数来分析。

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这是认识 pipe 中的程序，从这个输出过程，可以看出和我上述描述的一致。

当第一次调用 malloc 申请内存时，通过系统调用 brk 嵌入到内核，首先会进行一次判断，是否有关于堆的 vma，如果没有，则通过 mmap 匿名映射一块内存给堆，并建立 vma 结构，挂到 mm\_struct 描述符上的红黑树和链表上。

然后回到用户态，通过内存分配器（ptmaloc，tcmalloc，jemalloc）算法将分配到的内存进行管理，返回给用户所需要的内存。

如果用户态申请大内存时，是直接调用 mmap 分配内存，此时返回给用户态的内存还是虚拟内存，直到第一次访问返回的内存时，才真正进行内存的分配。

其实通过 brk 返回的也是虚拟内存，但是经过内存分配器进行切割分配之后（切割就必须访问内存），全都分配到了物理内存

当进程在用户态通过调用 free 释放内存时，如果这块内存是通过 mmap 分配，则调用 munmap 直接返回给系统。

否则内存是先返回给内存分配器，然后由内存分配器统一返还给系统，这就是为什么当我们调用 free 回收内存之后，再次访问这块内存时，可能不会报错的原因。

当然，当整个进程退出之后，这个进程占用的内存都会归还给系统。

## 2、内存耗尽之后OOM ##

在实习期间，有一台测试机上的 mysql 实例经常被 oom 杀死，OOM（out of memory）即为系统在内存耗尽时的自我拯救措施，他会选择一个进程，将其杀死，释放出内存，很明显，哪个进程占用的内存最多，即最可能被杀死，但事实是这样的吗？

今天早上去上班，刚好碰到了一起 OOM，突然发现，OOM 一次，世界都安静下来了，哈哈，测试机上的 redis 被杀死了。

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OOM 关键文件 oom\_kill.c，里面介绍了当内存不够时，系统如何选择最应该被杀死的进程，选择因素有挺多的，除了进程占用的内存外，还有进程运行的时间，进程的优先级，是否为 root 用户进程，子进程个数和占用内存以及用户控制参数 oom\_adj 都相关。

当产生 oom 之后，函数 select\_bad\_process 会遍历所有进程，通过之前提到的那些因素，每个进程都会得到一个 oom\_score 分数，分数最高，则被选为杀死的进程。

我们可以通过设置 /proc/<pid>/oom\_adj 分数来干预系统选择杀死的进程。

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这是内核关于这个oom\_adj调整值的定义，最大可以调整为15,最小为-16，如果为-17，则该进程就

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