目前应该是有很多小伙伴对于archpr方面的信息比较感兴趣，现在小编就收集了一些与ARCHPR字典相关的信息来分享给大家，感兴趣的小伙伴可以接着往下看，希望会帮助到你哦。

目录

内存映射

进程如何访问内存？

进程的用户态和内核态

什么是内存映射？

什么是缺页异常

MMU 如何管理内存

多级页表和大页

虚拟内存空间分布

内存分配与回收

如何查看内存使用情况

问题：如何统计所有进程的物理内存使用量？

内存管理也是操作系统最核心的功能之一。内存主要用来存储系统和应用程序的指令、数据、缓存等

内存映射

我们通常所说的内存容量指的是物理内存。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）。只有内核才可以直接访问物理内存。

进程如何访问内存？

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。进程访问内存其实访问的虚拟内存。

虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间

不同字长（也就是单个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。比如最常见的 32 位和 64 位系统

• 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。
• 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。

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？

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，这样，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。

什么是缺页异常

当进程访问的虚拟地址在页表中查不到时，系统会产生一个缺页异常，进入内核空间分配物理内存、更新进程页表，最后再返回用户空间，恢复进程的运行。

TLB（Translation Lookaside Buffer，转译后备缓冲器）会影响 CPU 的内存访问性能，TLB 其实就是 MMU 中页表的高速缓存。由于进程的虚拟地址空间是独立的，而 TLB 的访问速度又比 MMU 快得多，所以，通过减少进程的上下文切换，减少TLB的刷新次数，就可以提高TLB 缓存的使用率，进而提高CPU的内存访问性能。

CPU首先得到的是虚拟地址，必须将虚拟地址转换为物理地址才能进行数据访问。这个过程先查TLB，若TLB命中，则得到了物理地址，进行步骤2；否则，继续查找主存中的页表。若仍不命中，则引发缺页中断进行调页。调页过程又可能引发驻留集页替换和页回写过程。 2.得到物理地址之后，首先访问cache，若命中，CPU直接从cache中读取相应物理地址中的内容；若不命中，则访问主存读取数据，并且更新cache，此过程又可能引发cache的行替换和回写过程。

MMU全称就是内存管理单元，管理地址映射关系（也就是页表）。但MMU的性能跟CPU比还是不够快，所以又有了TLB。TLB实际上是MMU的一部分，把页表缓存起来以提升性能。

MMU 如何管理内存

MMU 并不以字节为单位来管理内存，而是规定了一个内存映射的最小单位，也就是页，通常是 4 KB大小。这样，每一次内存映射，都需要关联 4 KB 或者 4KB 整数倍的内存空间。

多级页表和大页

页的大小只有4 KB ，导致的另一个问题就是，整个页表会变得非常大。比方说，仅 32 位系统就需要 100 多万个页表项（4GB/4KB），才可以实现整个地址空间的映射。为了解决页表项过多的问题，Linux 提供了两种机制，也就是多级页表和大页（HugePage）

• 多级页表

把内存分成区块来管理，将原来的映射关系改成区块索引和区块内的偏移。由于虚拟内存空间通常只用了很少一部分，那么，多级页表就只保存这些使用中的区块，这样就可以大大地减少页表的项数。

Linux 用的正是四级页表来管理内存页，如下图所示，虚拟地址被分为5个部分，前4个表项用于选择页，而最后一个索引表示页内偏移。

• 大页

比普通页更大的内存块，常见的大小有 2MB 和 1GB。大页通常用在使用大量内存的进程上，比如 Oracle、DPDK 等。GP是否可以也使用大页呢？

虚拟内存空间分布

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。那么具体到一个Linux 进程中，这些内存又是怎么使用的呢?

3.1 虚拟内存空间的分布情况

以32位系统为例

1. 只读段，包括代码和常量等。
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。栈的大小是固定的，一般是 8 MB。

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。64位系统的内存分布也类似，只不过内存空间要大得多。

内存分配与回收

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()。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。而大块内存（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。

这两种方式，自然各有优缺点。

• 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。
• 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。如果太小的内存也使用mmap分配内核的管理负担会更大。

来个例子理解一下

servers]# strace cat /dev/null execve("/bin/cat", ["cat", "/dev/null"], [/* 29 vars */]) = 0brk(0)                                  = 0x1e0d000mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f42ef607000access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY)      = 3fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=77682, ...}) = 0mmap(NULL, 77682, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f42ef5f4000close(3)                                = 0open("/lib64/libc.so.6", O_RDONLY)      = 3read(3, "\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0p\356\341\2323\0\0\0"..., 832) = 832fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1926760, ...}) = 0mmap(0x339ae00000, 3750152, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x339ae00000mprotect(0x339af8a000, 2097152, PROT_NONE) = 0mmap(0x339b18a000, 20480, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x18a000) = 0x339b18a000mmap(0x339b18f000, 18696, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x339b18f000close(3)                                = 0mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f42ef5f3000mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f42ef5f2000mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f42ef5f1000arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f42ef5f2700) = 0mprotect(0x339b18a000, 16384, PROT_READ) = 0mprotect(0x339a81f000, 4096, PROT_READ) = 0munmap(0x7f42ef5f4000, 77682)           = 0brk(0)                                  = 0x1e0d000brk(0x1e2e000)                          = 0x1e2e000open("/usr/lib/locale/locale-archive", O_RDONLY) = 3fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=99158576, ...}) = 0mmap(NULL, 99158576, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f42e9760000close(3)                                = 0fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 4), ...}) = 0open("/dev/null", O_RDONLY)             = 3fstat(3, {st_mode=S_IFCHR|0666, st_rdev=makedev(1, 3), ...}) = 0read(3, "", 32768)                      = 0close(3)                                = 0close(1)                                = 0close(2)                                = 0exit_group(0)                           = ?

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。前面我们提到过，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（比如brk方式造成的内存碎片）

比页(4KB)还小的内存如何分配？

如果为它们也分配单独的页，那就太浪费内存了

所以

• 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。(malloc本身不会使用slab只有内核中使用kmalloc才回通过slab分配内存) 因此需要注意对于内核空间才会用slab 分配内存

对内存来说，如果只分配而不释放，就会造成内存泄漏，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。

内存紧张时触发内存回收机制

• 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；

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）。
Swap 把系统的可用内存变大了。不过要注意，通常只在内存不足时，才会发生 Swap 交换。并且由于磁盘读写的速度远比内存慢，Swap 会导致严重的内存性能问题

• 杀死进程，内存紧张时系统还会通过 OOM（Out of Memory），直接杀掉占用大量内存的进程

OOM killer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；
• 一个进程运行占用的 CPU 越多，oom_score 就越小。

这样，进程的 oom_score 越大，代表消耗的内存越多，也就越容易被 OOM 杀死，从而可以更好保护系统。
管理员可以通过 /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。

echo -16 > /proc/$(pidof watch)/oom_adj

如何查看内存使用情况

free

第一列，total 是总内存大小；
第二列，used 是已使用内存的大小，包含了共享内存；
第三列，free 是未使用内存的大小；
第四列，shared 是共享内存的大小；
第五列，buff/cache 是缓存和缓冲区的大小；

top

主要列含义：
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。
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。

问题：如何统计所有进程的物理内存使用量？

The “proportional set size” (PSS) of a process is the count of pagesit has in memory, where each page is divided by the number ofprocesses sharing it. So if a process has 1000 pages all to itself, and1000 shared with one other process, its PSS will be 1500.

每个进程的 PSS ，是指把共享内存平分到各个进程后，再加上进程本身的非共享内存大小的和。就像文档中的这个例子，一个进程的非共享内存为 1000 页，它和另一个进程的共享进程也是 1000 页，那么它的 PSS=1000/2+1000=1500 页。这样，你就可以直接累加 PSS ，不用担心共享内存重复计算的问题了。

grep Pss /proc/[1-9]*/smaps | awk '{total+=$2}; END {printf "%d kB\n", total }'

本文结束，以上，就是archpr，ARCHPR字典的全部内容了，如果大家还想了解更多，可以关注我们哦。