? ? linux內(nèi)存是后臺(tái)開(kāi)發(fā)人員，需要深入了解的計(jì)算機(jī)資源。合理的使用內(nèi)存，有助于提升機(jī)器的性能和穩(wěn)定性。本文主要介紹linux內(nèi)存組織結(jié)構(gòu)和頁(yè)面布局，內(nèi)存碎片產(chǎn)生原因和優(yōu)化算法，linux內(nèi)核幾種內(nèi)存管理的方法，內(nèi)存使用場(chǎng)景以及內(nèi)存使用的那些坑。從內(nèi)存的原理和結(jié)構(gòu)，到內(nèi)存的算法優(yōu)化，再到使用場(chǎng)景，去探尋內(nèi)存管理的機(jī)制和奧秘。

一、走進(jìn) linux 內(nèi)存

1、內(nèi)存是什么？

? 1) 內(nèi)存又稱主存，是CPU能直接尋址的存儲(chǔ)空間，由半導(dǎo)體器件制成

? 2) 內(nèi)存的特點(diǎn)是存取速率快

??

2.內(nèi)存的作用

? 1) 暫時(shí)存放cpu的運(yùn)算數(shù)據(jù)

? 2) 硬盤(pán)等外部存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)

? 3) 保障cpu計(jì)算的穩(wěn)定性和高性能

二、linux內(nèi)存地址空間

1、linux內(nèi)存地址空間Linux內(nèi)存管理全貌

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2、內(nèi)存地址--用戶態(tài)&內(nèi)核態(tài)

• 用戶態(tài): Ring3運(yùn)行于用戶態(tài)的代碼則要受到處理器的諸多
• 內(nèi)核態(tài): Ring0在處理器的存儲(chǔ)保護(hù)中，核心態(tài)
• 用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)的3種方式: 系統(tǒng)調(diào)用、異常、外設(shè)中斷
• 區(qū)別: 每個(gè)進(jìn)程都有完全屬于自己的，獨(dú)立的，不被干擾的內(nèi)存空間;用戶態(tài)的程序就不能隨意操作內(nèi)核地址空間，具有一定的安全保護(hù)作用;內(nèi)核態(tài)線程共享內(nèi)核地址空間;

3、內(nèi)存地址--MMU地址轉(zhuǎn)換

• MMU是一種硬件電路，它包含兩個(gè)部件，一個(gè)是分段部件，一個(gè)是分頁(yè)部件
• 分段機(jī)制把一個(gè)邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址
• 分頁(yè)機(jī)制把一個(gè)線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址

4、內(nèi)存地址--分段機(jī)制

? 1) 段選擇符

• 為了方便快速檢索段選擇符，處理器提供了6個(gè)分段寄存器來(lái)緩存段選擇符，他們是: cs,ss,ds,es,fs和gs.
• 段的基地址(Base Address): 在線性地址空間中段的起始地址
• 段的界限(Limit) : 在虛擬地址空間中，段內(nèi)可以使用的最大偏移量

? 2) 分段實(shí)現(xiàn)

• 邏輯地址的段寄存器中的值提供段描述符，然后從段描述符中得到段基址和段界限，然后加上邏輯地址的偏移量，就得到了線性地址。

5、內(nèi)存地址--分頁(yè)機(jī)制(32位)

• 分頁(yè)機(jī)制是在分段機(jī)制之后進(jìn)行的，它進(jìn)一步將線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址
• 10位頁(yè)目錄，10位頁(yè)表項(xiàng)，12位頁(yè)偏移地址
• 單頁(yè)的大小為4KB

6、用戶態(tài)地址空間

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• ?TEXT: 代碼段可執(zhí)行代碼、字符串字面值、只讀變量
• ?DATA: 數(shù)據(jù)段，映射程序中已經(jīng)初始化的全局變量
• ?BSS段: 存放程序中未初始化的全局變量
• ?HEAP: 運(yùn)行時(shí)的堆，在程序運(yùn)行中使用malloc申請(qǐng)的內(nèi)存區(qū)域
• ?MMAP: 共享庫(kù)及匿名文件的映射區(qū)域
• ?STACK: 用戶進(jìn)程棧

7、內(nèi)核態(tài)地址空間

• 直接映射區(qū):線性空間從3G開(kāi)始最大896M的區(qū)間，為直接內(nèi)存映射區(qū)
• 動(dòng)態(tài)內(nèi)存映射區(qū): 該區(qū)域由內(nèi)核函數(shù)vmalloc來(lái)分配
• 永久內(nèi)存映射區(qū): 該區(qū)域可訪問(wèn)高端內(nèi)存
• 固定映射區(qū): 該區(qū)域和4G的頂端只有4K的隔離帶，其每個(gè)地址項(xiàng)都服務(wù)于特定的用途，如: ACPI_BASE等

8、進(jìn)程內(nèi)存空間

• ? 用戶進(jìn)程通常情況只能訪問(wèn)用戶空間的虛擬地址，不能訪問(wèn)內(nèi)核空間虛擬地址
• ? 內(nèi)核空間是由內(nèi)核負(fù)責(zé)映射，不會(huì)跟著進(jìn)程變化;內(nèi)核空間地址有自己對(duì)應(yīng)的頁(yè)表，用戶進(jìn)程各自有不同的頁(yè)表

三、Linux內(nèi)存分配算法

內(nèi)存管理算法----對(duì)討厭自己管理內(nèi)存的人來(lái)說(shuō)是天賜的禮物

1、內(nèi)存碎片

? 1) 基本原理

• 產(chǎn)生原因: 內(nèi)存分配較小，并且分配的這些小的內(nèi)存生存周期又較長(zhǎng)，反復(fù)申請(qǐng)后將產(chǎn)生內(nèi)存碎片的出現(xiàn)
• 優(yōu)點(diǎn): 提高分配速度，便于內(nèi)存管理，防止內(nèi)存泄露
• 缺點(diǎn): 大量的內(nèi)存碎片會(huì)使系統(tǒng)緩慢，內(nèi)存使用率低，浪費(fèi)大

? 2) 如何避免內(nèi)存碎片

• ?少用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的函數(shù)(盡量使用棧空間)
• ?分配內(nèi)存和釋放的內(nèi)存盡量在同一個(gè)函數(shù)中
• ?盡量一次性申請(qǐng)較大的內(nèi)存，而不要反復(fù)申請(qǐng)小內(nèi)存
• ?盡可能申請(qǐng)大塊的2的指數(shù)冪大小的內(nèi)存空間
• ?外部碎片避免 ---- 伙伴系統(tǒng)算法
• ?內(nèi)部碎片避免 ---- slab算法
• ?自己進(jìn)行內(nèi)存管理工作，設(shè)計(jì)內(nèi)存池

2、伙伴系統(tǒng)算法----組織結(jié)構(gòu)

? 1) 概念

• 為內(nèi)核提供了一種用于分配一組連續(xù)的頁(yè)而建立的一種高效的分配策略，并有效地解決了外部碎片問(wèn)題
• 分配的內(nèi)存區(qū)是以頁(yè)框?yàn)榛締挝坏?/li>

? 2) 外部碎片

• 外部碎片指的是還沒(méi)有被分配出去(不屬于任何進(jìn)程),但由于太小了無(wú)法分配給申請(qǐng)內(nèi)存空間的新進(jìn)程的內(nèi)存空間區(qū)域3)組織結(jié)構(gòu)
• 把所有的空閑頁(yè)分組為11個(gè)塊鏈表，每個(gè)塊鏈表分別包含大小為1,2,4,8,16,32,64,128,256,512和1024個(gè)連續(xù)頁(yè)框的頁(yè)塊。最大可以申請(qǐng)1024個(gè)連續(xù)頁(yè)，對(duì)應(yīng)4MB大小的連續(xù)內(nèi)存

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3、伙伴系統(tǒng)算法----申請(qǐng)和回收

? 1) 申請(qǐng)算法

• 申請(qǐng)2^i個(gè)頁(yè)塊存儲(chǔ)空間，如果2^i對(duì)應(yīng)的塊鏈表有空閑頁(yè)塊，則分配給應(yīng)用
• 如果沒(méi)有空閑頁(yè)塊，則查找2^(i1)對(duì)應(yīng)的塊鏈表是否有空閑頁(yè)塊，如果有，則分配2^i塊鏈表節(jié)點(diǎn)給應(yīng)用，另外2^i塊鏈表節(jié)點(diǎn)插入到2^i對(duì)應(yīng)的塊鏈表中
• 如果2^(i1)塊鏈表中沒(méi)有空閑頁(yè)塊，則重復(fù)步驟2，直到找到有空閑頁(yè)塊的塊鏈表
• 如果仍沒(méi)有，則返回內(nèi)存分配失敗。

? 2) 回收算法

• 釋放2^i個(gè)頁(yè)塊存儲(chǔ)空間，查找2^i個(gè)頁(yè)塊對(duì)應(yīng)的塊鏈表，是否有與其物理地址是否連續(xù)的頁(yè)塊，如果沒(méi)有，則無(wú)需合并

• 如果有，則合并成2^(i1)的頁(yè)塊，以此類推，繼續(xù)查找下一級(jí)塊鏈接，直到不能合并為止

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? 3) 條件

• 兩個(gè)塊具有相同的大小
• 它們的物理地址是連續(xù)的
• 頁(yè)塊大小相同

4、如何分配4M以上內(nèi)存?

? 1) 為何限制大塊內(nèi)存分配

• 分配的內(nèi)存越大，失敗的可能性越大
• 大塊內(nèi)存使用場(chǎng)景少

? 2) 內(nèi)核中獲取4M以上大內(nèi)存的方法

• ?修改MAX_ORDER,重新編譯內(nèi)核
• ?內(nèi)核啟動(dòng)選型傳遞"mem="參數(shù)，如"mem=80M,預(yù)留部分內(nèi)存;然后通過(guò)
• ?request_mem_region和ioremap_nocache將預(yù)留的內(nèi)存映射到模塊中。需要修改內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)，無(wú)需重新編譯內(nèi)核，但這種方法不支持x86架構(gòu)，只支持ARM，PowerPC等非x86架構(gòu)
• ?在start_kernel中mem_init函數(shù)之前調(diào)用alloc_boot_mem函數(shù)預(yù)分配大塊內(nèi)存，需要重新編譯內(nèi)核
• ?vmalloc函數(shù)，內(nèi)核代碼使用它來(lái)分配在虛擬內(nèi)存中連續(xù)但物理內(nèi)存中不一定連續(xù)的內(nèi)存

5、伙伴系統(tǒng)----反碎片機(jī)制

? 1) 不可移動(dòng)頁(yè)

• 這些頁(yè)在內(nèi)存中固定的位置，不能夠移動(dòng)，也不可回收
• 內(nèi)核代碼段，數(shù)據(jù)段，內(nèi)核kmalloc()出來(lái)的內(nèi)存，內(nèi)核線程占用的內(nèi)存等

? 2) 可回收頁(yè)

• ?這些頁(yè)不能移動(dòng)，但可以刪除。內(nèi)核在回收頁(yè)占據(jù)了太多的內(nèi)存時(shí)或者內(nèi)存短缺時(shí)進(jìn)行頁(yè)面回收

? 3) 可移動(dòng)頁(yè)

• ?這些頁(yè)可以任意移動(dòng)，用戶空間應(yīng)用程序使用的頁(yè)都屬于該類別。它們是通過(guò)頁(yè)表映射的
• ?當(dāng)它們移動(dòng)到新的位置，頁(yè)表項(xiàng)也會(huì)相應(yīng)的更新

6、slab算法----基本原理

? 1) 基本概念

• Linux所使用的slab分配器的基礎(chǔ)是Jeff Bonwick為SunOS操作系統(tǒng)首次引入的一種算法
• 它的基本思想是將內(nèi)核中經(jīng)常使用的對(duì)象放到高速緩存中，并且由系統(tǒng)保持為初始的可利用狀態(tài)。比如進(jìn)程描述符，內(nèi)核中會(huì)頻繁對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行申請(qǐng)和釋放

? 2) 內(nèi)部碎片

• 已經(jīng)被分配出去的內(nèi)存空間大于請(qǐng)求所需的內(nèi)存空間

? 3) 基本目標(biāo)

• 減少伙伴算法在分配小塊連續(xù)內(nèi)存時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)部碎片
• 將頻繁使用的對(duì)象緩存起來(lái)，減少分配、初始化和釋放對(duì)象的時(shí)間開(kāi)銷
• 通過(guò)著色技術(shù)調(diào)整對(duì)象以更好的使用硬件高速緩存

7、slab分配器的結(jié)構(gòu)

• 由于對(duì)象是從slab中分配和釋放的，因此單個(gè)slab可以在slab列表之間進(jìn)行移動(dòng)
• slabs_empty列表中的slab是進(jìn)行回收(reaping)的主要備選對(duì)象
• slab還支持通用對(duì)象的初始化，從而避免了為同一目的而對(duì)一個(gè)對(duì)象重復(fù)進(jìn)行初始化

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8、slab高速緩存

? 1) 普通高速緩存

• slab分配器所提供的小塊連續(xù)內(nèi)存的分配是通過(guò)通用高速緩存實(shí)現(xiàn)的
• 通用高速緩存所提供的對(duì)象具有幾何分布的大小，范圍為32到131072字節(jié)。
• 內(nèi)核中提供了kmalloc()和kfree()兩個(gè)接口分別進(jìn)行內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放

? 2) 專用高速緩存

• 內(nèi)核為專用高速緩存的申請(qǐng)和釋放提供了一套完整的接口，根據(jù)所傳入的參數(shù)為具體的對(duì)象分配slab緩存
• kmem_cache_create()用于對(duì)一個(gè)指定的對(duì)象創(chuàng)建高速緩存。它從cache_cache普通高速緩存中為新的專有緩存分配一個(gè)高速緩存描述符，并把這個(gè)描述符插入到高速緩存描述符形成的cache_chain鏈表中
• kmem_cache_alloc()在其參數(shù)所指定的高速緩存中分配一個(gè)slab。相反，kmem_cache_free()在其參數(shù)所指定的高速緩存中釋放一個(gè)slab

9、內(nèi)核態(tài)內(nèi)存池

? 1) 基本原理

• 先申請(qǐng)分配一定數(shù)量的、大小相等(一般情況下)的內(nèi)存塊留作備用
• 當(dāng)有新的內(nèi)存需求時(shí)，就從內(nèi)存池中分出一部分內(nèi)存塊，若內(nèi)存塊不夠在繼續(xù)申請(qǐng)新的內(nèi)存
• 這樣做的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是盡量避免了內(nèi)存碎片，使得內(nèi)存分配效率得到了提升

? ?2) 內(nèi)核API

• ?mempool_create創(chuàng)建內(nèi)存池對(duì)象
• ?mempool_alloc分配函數(shù)獲得該對(duì)象
• ?mempool_free釋放一個(gè)對(duì)象
• ?mempool_destroy銷毀內(nèi)存池

? ? ?

10、用戶態(tài)內(nèi)存池

? ? 1) C++示例

template <int N> class heappool { private:typedef struct { char data[N]; } block_type;block_type *ptr; private:static size_t count;static std::list<block_type *> L; public:heappool() {if (L.empty()) ptr = new block_type; else { ptr = L.back(); L.pop_back(); }}~heappool() {L.push_back(ptr); if (L.size() > count) { delete L.front(); L.pop_front(); }}static void set_block_count(size_t cnt) { count = cnt; } public:char *data() { return (char *) ptr; }size_t size() { return N;} };

11、DMA內(nèi)存

? 1) 什么是DMA

• 直接內(nèi)存訪問(wèn)是一種硬件機(jī)制，它允許外圍設(shè)備和主內(nèi)存之間直接傳輸它們的I/O數(shù)據(jù)，而不需要系統(tǒng)處理器的參與

? 2) DMA控制器

• 能向CPU發(fā)出系統(tǒng)保持（HOLD）信號(hào)，提出總線接管請(qǐng)求
• 當(dāng)CPU發(fā)出允許接管信號(hào)后，負(fù)責(zé)對(duì)總線的控制，進(jìn)入DMA方式
• 能對(duì)存儲(chǔ)器尋址及能修改地址指針，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的讀寫(xiě)操作
• 能決定本次DMA傳送的字節(jié)數(shù)，判斷DMA傳送是否結(jié)束
• 發(fā)出DMA結(jié)束信號(hào)，使CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)

? 3) DMA信號(hào)

• DREQ: DMA請(qǐng)求信號(hào)。是外設(shè)向DMA控制器提出要求，DMA操作的申請(qǐng)信號(hào)
• DACK: DMA響應(yīng)信號(hào)。是DMA控制器向提出DMA請(qǐng)求的外設(shè)表示已收到請(qǐng)求和正進(jìn)行處理的信號(hào)
• HRQ：DMA 控制器向 CPU 發(fā)出的信號(hào)，要求接管總線的請(qǐng)求信號(hào)。
• HLDA：CPU 向 DMA 控制器發(fā)出的信號(hào)，允許接管總線的應(yīng)答信號(hào)：

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四、內(nèi)存使用場(chǎng)景

? out of memory的時(shí)代過(guò)去了嗎?no, 內(nèi)存再充足也不可任性使用。

1、內(nèi)存的使用場(chǎng)景

• ? page管理
• ? slab(kmalloc、內(nèi)存池)
• ? 用戶態(tài)內(nèi)存使用(malloc、relloc文件映射、共享內(nèi)存)
• ? 程序的內(nèi)存map(棧、堆、code、data)?
• ? 內(nèi)核和用戶態(tài)的數(shù)據(jù)傳遞(copy_from_user、copy_to_user)
• ? 內(nèi)存映射(硬件寄存器、保留內(nèi)存)
• ? DMA內(nèi)存

2、用戶態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)

• alloca是向棧申請(qǐng)內(nèi)存，因此無(wú)需釋放
• malloc所分配的內(nèi)存空間未被初始化，使用malloc()函數(shù)的程序開(kāi)始時(shí)(內(nèi)存空間還沒(méi)有被重新分配)能正常運(yùn)行，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后(內(nèi)存空間已被重新分配)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題
• calloc會(huì)將所分配的內(nèi)存空間中的每一位都初始化為零
• realloc擴(kuò)展現(xiàn)有內(nèi)存空間大小

? ? ? a) 如果當(dāng)前連續(xù)內(nèi)存塊足夠realloc的話，只是將p所指向的空間擴(kuò)大，并返回p的指針地址。這個(gè)時(shí)候q和p指向的地址是一樣的

? ? ? ?b)如果當(dāng)前連續(xù)內(nèi)存塊不夠長(zhǎng)度，再找一個(gè)足夠長(zhǎng)的地方，分配一塊新的內(nèi)存，q，并將p指向的內(nèi)容copy到q，返回q，并將p所指向的內(nèi)存空間刪除。

• mmap將一個(gè)文件或者其它對(duì)象映射到內(nèi)存，多進(jìn)程可訪問(wèn)

3、內(nèi)核態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)

? ? ? 函數(shù)分配原理最大內(nèi)存其他_get_free_pages直接對(duì)頁(yè)框進(jìn)行操作4MB適用于分配較大量的連續(xù)物理內(nèi)存kmem_cache_alloc基于 slab 機(jī)制實(shí)現(xiàn)128KB適合需要頻繁申請(qǐng)釋放相同大小內(nèi)存塊時(shí)使用kmalloc基于 kmem_cache_alloc 實(shí)現(xiàn)128KB最常見(jiàn)的分配方式，需要小于頁(yè)框大小的內(nèi)存時(shí)可以使用vmalloc建立非連續(xù)物理內(nèi)存到虛擬地址的映射物理不連續(xù)，適合需要大內(nèi)存，但是對(duì)地址連續(xù)性沒(méi)有要求的場(chǎng)合dma_alloc_coherent基于_alloc_pages 實(shí)現(xiàn)4MB適用于 DMA 操作ioremap實(shí)現(xiàn)已知物理地址到虛擬地址的映射適用于物理地址已知的場(chǎng)合，如設(shè)備驅(qū)動(dòng)alloc_bootmem在啟動(dòng) kernel 時(shí)，預(yù)留一段內(nèi)存，內(nèi)核看不見(jiàn)小于物理內(nèi)存大小，內(nèi)存管理要求較高

4、malloc申請(qǐng)內(nèi)存

• 調(diào)用malloc函數(shù)時(shí)，它沿free_chunk_list鏈接表尋找一個(gè)大到足以滿足用戶請(qǐng)求所需要的內(nèi)存塊

• free_chunk_list鏈接表的主要工作是維護(hù)一個(gè)空閑的堆空間緩沖區(qū)鏈表
• 如果空間緩沖區(qū)鏈表沒(méi)有找到對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，需要通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用sys_brk延伸進(jìn)程的棧空間

? ?

5、缺頁(yè)異常

• 通過(guò)get_free_pages申請(qǐng)一個(gè)或多個(gè)物理頁(yè)面
• 換算addr在進(jìn)程pdg映射中所在的pte地址
• 將addr對(duì)應(yīng)的pte設(shè)置為物理頁(yè)面的首地址
• 系統(tǒng)調(diào)用: Brk-----申請(qǐng)內(nèi)存小于等于128kb，do_map----申請(qǐng)內(nèi)存大于128kb

6、用戶進(jìn)程訪問(wèn)內(nèi)存分析

• 用戶態(tài)進(jìn)程獨(dú)占虛擬地址空間，兩個(gè)進(jìn)程的虛擬地址可相同
• 在訪問(wèn)用戶態(tài)虛擬地址空間時(shí)，如果沒(méi)有映射物理地址，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用發(fā)出缺頁(yè)異常
• 缺頁(yè)異常陷入內(nèi)核，分配物理地址空間，與用戶態(tài)虛擬地址建立映射

??

7、共享內(nèi)存

? 1) 原理

• 它允許多個(gè)不相關(guān)的進(jìn)程去訪問(wèn)同一部分邏輯內(nèi)存
• 兩個(gè)運(yùn)行中的進(jìn)程之間傳輸數(shù)據(jù)，共享內(nèi)存將是一種效率極高的解決方案
• 兩個(gè)運(yùn)行中的進(jìn)程共享數(shù)據(jù)，是進(jìn)程間通信的高效方法，可有效減少數(shù)據(jù)拷貝的次數(shù)

? 2) shm接口

• shmget創(chuàng)建共享內(nèi)存
• shmat啟動(dòng)對(duì)該共享內(nèi)存的訪問(wèn)，并把共享內(nèi)存連接到當(dāng)前進(jìn)程的地址空間
• shmdt將共享內(nèi)存從當(dāng)前進(jìn)程中分離

五、內(nèi)存使用那些坑

1、C內(nèi)存泄露

• 在類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中沒(méi)有匹配地調(diào)用new和delete函數(shù)

? ?

• 沒(méi)有正確地清除嵌套的對(duì)象指針
• 沒(méi)有將基類的析構(gòu)函數(shù)定義為虛函數(shù)
• 當(dāng)基類的指針指向子類對(duì)象時(shí)，如果基類的析構(gòu)函數(shù)不是virtual，那么子類的析構(gòu)函數(shù)將不會(huì)被調(diào)用，子類的資源沒(méi)有得到正確釋放，因此造成內(nèi)存泄露。
• 缺少拷貝構(gòu)造函數(shù)，按值傳遞會(huì)調(diào)用(拷貝)構(gòu)造函數(shù)，引用傳遞不會(huì)調(diào)用
• 指向?qū)ο蟮闹羔様?shù)組不等同于對(duì)象數(shù)組，數(shù)組中存放的是指向?qū)ο蟮闹羔?#xff0c;不僅要釋放每個(gè)對(duì)象的空間，還要釋放每個(gè)指針的空間
• 缺少重載賦值運(yùn)算符，也是逐個(gè)成員拷貝的方式復(fù)制對(duì)象，如果這個(gè)類的大小是可變的，那么結(jié)果就是造成內(nèi)存泄露

2、C野指針

• 指針變量沒(méi)有初始化
• 指針被free或delete后，沒(méi)有設(shè)置為NULL
• 指針操作超越了變量的作用范圍，比如返回指向棧內(nèi)存的指針就是野指針
• 訪問(wèn)空指針(需要做空判斷)
• sizeof無(wú)法獲取數(shù)組的大小
• 試圖修改常量，如: char p = "1234", p='1';

3、C資源訪問(wèn)沖突

• ?多線程共享變量沒(méi)有用valotile修飾
• ?多線程訪問(wèn)全局變量未加鎖
• ?全局變量?jī)H對(duì)單進(jìn)程有效
• ?多進(jìn)程寫(xiě)共享內(nèi)存數(shù)據(jù)，未做同步處理
• ?mmap內(nèi)存映射，多進(jìn)程不安全

4、STL迭代器失效

• ?被刪除的迭代器失效
• ?添加元素(insert/push_back等)、刪除元素導(dǎo)致順序容器迭代器失效

錯(cuò)誤示例:刪除當(dāng)前迭代器，迭代器會(huì)失效

#include <iostream> #include <vector> using namespace std; void main() {vector<int> vectInt;int i;//初始化vector容器for (i=0; i<5; i++) {vectInt.push_back(i);}//以下代碼是要?jiǎng)h除所有值為4的元素vector<int>::iterator itVect = vectInt.begin();for (; itVect != vectInt.end(); ++itVect) {if (*itVect == 4) {vectInt.erase(itVect);}}int iSize = vectInt.size();for (i=0; i<iSize; i++) {cout << " i= " << i << "," << vectInt[i] << endl;} }

正確示例：迭代器erase時(shí)，需保存下一個(gè)迭代器

#include <iostream> #include <vector> using namespace std; void main() {vector<int> vectInt;int i;for (i=0; i<5; i++) {vectInt.push_back(i);if (3 == i) {//使3的元素有兩個(gè)，并且相鄰vectInt.push_back(i);}}vector<int>::iterator itVect = vectInt.begin();//以下代碼是要?jiǎng)h除所有值為3的元素for (; itVect != vectInt.end(); ) { //刪除++itVectif (*itVect == 3) {itVect = vectInt.erase(itVect);} else {++itVect;}}//把vectInt.size()放在for循環(huán)中for (i=0; i<vectInt.size(); i++) {cout << " i= " << i << "," << vectInt[i] << endl;}

5、C++ 11智能指針

• ?auto_ptr替換為 unique_ptr

? ? ?

• ?使用make_shared初始化一個(gè)shared_ptr
• ?
• weak_ptr智能指針助手

? ? ? (1) 原理分析

? ? ? ? ?

? ? ?(2) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

boost::weak_ptrboost::weak_ptr<T> 是boost提供的一個(gè)弱引用的智能指針，它的聲明可以簡(jiǎn)化如下: namespace boost {template<typename T> class weak_ptr {public:template<typename Y>weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r);weak_ptr(const weak_ptr& r);~weak_ptr();T* get() const; //1.用于訪問(wèn)智能指針對(duì)象bool expired() const; //2.用于檢測(cè)所管理的對(duì)象是否已經(jīng)釋放shared_ptr<T> lock() const; //3.用于獲取所管理的對(duì)象的強(qiáng)引用指針}; }

? ? (3) 使用方法:

? ? ? a.lock()獲取所管理的對(duì)象的強(qiáng)引用指針

? ? ? b.expired()檢測(cè)所管理的對(duì)象是否已經(jīng)釋放

? ? ? c.get()訪問(wèn)智能指針對(duì)象

6、C++ 11更小更快更安全

• ?std::atomic原子數(shù)據(jù)類型 多線程安全
• ?std::array 定長(zhǎng)數(shù)組開(kāi)銷比array小和std::vector不同的是array的長(zhǎng)度是固定的，不能動(dòng)態(tài)擴(kuò)展
• ?std::vector vector瘦身 shrink_to_fit(): 將capacity減少為與size()相同的大小
• ?td::forward_list

? forward_list是單鏈表(std::list是雙鏈表),只需要順序遍歷的場(chǎng)合，forward_list能更加節(jié)省內(nèi)存，插入和刪除的性能高于list

• ?std::unordered_map、std::unordered_set用hash實(shí)現(xiàn)的無(wú)序的容器，插入、刪除和查找的時(shí)間復(fù)雜度都是O(1),在不關(guān)注容器內(nèi)元素順序的場(chǎng)合，使用unordered的容器能獲得更高的性能

六、如何查看內(nèi)存

• 系統(tǒng)中內(nèi)存使用情況:/proc/meminfo

? ??

• 進(jìn)程的內(nèi)存使用情況:/proc/28040/status
• 查詢內(nèi)存總使用率: free??

? ? ? ??

• ?查詢進(jìn)程 cpu 和內(nèi)存使用占比：top

? ? ??

• ?虛擬內(nèi)存統(tǒng)計(jì)：vmstat

? ? ? ?

• ?進(jìn)程消耗內(nèi)存占比和排序：ps aux –sort -rss

? ? ??

• ??釋放系統(tǒng)內(nèi)存緩存：/proc/sys/vm/drop_caches

To free pagecache, use echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches

To free dentries and inodes, use echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches

To free pagecache, dentries and inodes, use echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches

?

?

?

?

轉(zhuǎn)自:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NTU2MTQwNA==&mid=2650658341&idx=1&sn=24f70b560c7509816fd5323035d4bedb&chksm=beffdcf6898855e0ba3e1e3c7969a3bb37cb7661d08f66b1f88f00599a4b759097dc11938205&mpshare=1&scene=1&srcid=#rd

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux内存管理初探的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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