3.Linux内存管理----进程中的内存消耗、泄露_进程虚拟内存容量泄漏-程序员宅基地

文章目录

一、VMA(virtual memory area)
二、pagefault(缺页中断)
三、用户空间的虚拟内存在实际物理内存的分布
四、判断内存泄露

一、VMA(virtual memory area)

1.VMA（虚拟内存空间）概述
一个进程用结构体task_struct结构体描述。task_struct中包含内存结构体mm_struct ；mm_struct 包含虚拟内存结构体vm_area_struct。
vm_area_struct中，包含虚拟内存的用户空间的地址范围，以及该内存的操作权限（rwx）。

2.查看进程的VMA信息指令

1、pmap ${
    pid}
2、cat /proc/${
    pid}/maps
3、cat /proc/${
    pid}/smaps | more

3、VMA的组成

1.可执行文件的二进制代码，也就是程序的代码段
2.存储全局变量的数据段
3.用于保存局部变量和实现函数调用的栈
4.环境变量和命令行参数
5.程序使用的动态库的代码
6.用于映射文件内容的区域

refence:
Linux的进程地址空间[二] - VMA
Linux 内存管理窥探（15）：虚拟内存 VMA 浅析

二、pagefault(缺页中断)

当进程空间访问一个虚拟地址时，如果mmu页表中记录的该地址的范围以及权限异常时，会产生缺页中断（pagefault）。在缺页中断中，可以获取到进程要访问的地址以及对应的操作。

（1）产生SEGV(segment fault)的缺页中断：
①非法区域：当进程空间的访问地址，不在VMA的地址范围内时
②非法权限：当进程空间对一个代码段（只有R+X）进行W(写)操作

（2）不产生SEGV的缺页中断：
①minor fault:
当进程在heap申请到一块内存（权限是R+W），在进行首次W时，由于页表权限是R(此时，mmu将该虚拟地址是映射到0页的)，发生page fault;page fault中发现该内存的VMA地址合法，权限合法，于是不向cpu发送SEGV,并申请一页实际的物理内存，MMU将虚拟地址和物理地址做映射并修改页表权限为R+W。

②major fault
当进程首次执行代码段时，会访问代码段的内存地址，产生page fault（和minor fault产生page fault的原理是一样的）。此时page fault中发现地址合法、权限合法，于是申请一页物理内存，并从磁盘中拷贝数据到该内存当中，MMU将虚拟地址和物理地址做映射并修改页表权限为R+X.

major fault 和 minor fault 最大不同在于 major fault产生是伴随着IO行为的产生。
所以刚上电后，首次执行程序时，会发现启动时间较长，因为这个过程伴有较多的major fault;当启动过程序一次后，再次执行时，会比之前快，是因为一些文件已经缓存到内存当中，不会产生较多的major fault,所以启动速度较快。
Linux 中可以同过time或者\time -v指令来运行一个程序，观察程序运行的时间以及产生的major和minor fault的次数。

三、用户空间的虚拟内存在实际物理内存的分布

1、内存被进程的瓜分图
在这里插入图片描述

进程1045和1046运行的同一个程序，所以他们两共用用同一个代码段；进程1045、1046、1054共用一个动态库libc

那么进程1044的内存占用情况如下：
VSS(虚拟内存) = 1 +2 +3
RSS(驻留内存，实际的物理内存) = 4 + 5 +6
PSS(比例化的驻留内存) = 4/3 + 5/2 + 6
USS(独占的驻留内存) = 6

VSS>=RSS>=PSS>=USS

所以看一个进程是否有内存泄露观察USS即可：可以通过smem工具来查看一个进程的USS。
当一个进程,malloc了100M的内存，但是内存还没有被free掉，进程就被kill掉了，那么这100M的内存是不会泄露掉的。当一个进程被杀掉的时候，他申请的所有内存都会释放掉，所以上面说的情况不用担心存在内存泄露的情况。

四、判断内存泄露

1、判断内存泄露的方法：采用连续多点采样法，一段时间内观察uss是否一直增长
2、寻找内存泄露的步骤：

1、首先通过 /proc/meminfo 或者 free指令 来判断内存是否一直减小
2、然后通过 smem 指令来观察相关进程的uss是否一直在增加
3、如果进程的uss随着时间的增长一直增长，那么就说明进程存在内存泄露；如果没有，说明是内核存在内存泄露
4、如果是进程内存泄露，
   可以通过 valgrind或者gcc中的addressanitizer来寻找内存泄露的位置
5、如果是内核泄露内存，
   可以打开编译选项 KMEME_LEAK 选项，
   通过观察 ①/proc/meminfo 中的 slab、vmalloc 的信息、②slabtop指令、③/proc/slabinfo 
   等信息来判断内存泄露的位置

本文链接：https://blog.csdn.net/u010354054/article/details/111089409

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