郝健: Linux内存管理学习笔记-第3节课
摘要
進程的虛擬地址空間VMA（Virtual Memory Area）
Pagefault的幾種可能性、VMA的作用、major缺頁和minor缺頁
進程內存消耗的4個概念：vss、rss、pss和uss
應用內存泄漏的界定方法
內存泄漏的檢測工具：valgrind和addresssanitizer
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1.????進程的虛擬地址空間VMA（Virtual Memory Area）
上圖中，task_struct中的mm_struct就代表進程的整個內存資源，mm_struct中的pgd為頁表，mmap指針指向的vm_area_struct鏈表的每一個節點就代表進程的一個虛擬地址空間，即一個VMA。一個VMA最終可能對應ELF可執行程序的數據段、代碼段、堆、棧、或者動態鏈接庫的某個部分。
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VMA的分布情況可以有通過pmap命令，及maps，smaps文件查看，如下圖：
pmap pid
pmap - report memory map of a process
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/proc/<pid>/maps及/proc/<pid>/smaps更詳細展示了進程VMA的分布情況。
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觀察pmap結果及maps，smaps文件，可以發現注：IA32下，一個進程的VMA是在0~3G之間分散分布的，是一段一段的，中間會有很多空白區域，空白區域對進程來說都是不能訪問的，VMA中會標注這一段的RWX的具體權限。如下圖所示：
另，VMA的具體內容可參考下圖。
2.????Page fault的幾種可能性、VMA的作用、major缺頁和minor缺頁
1）如，調用malloc申請100M內存，IA32下在0~3G虛擬地址中立刻就會占用到大小為100M的VMA，且符合堆的定義，這一段VMA的權限是R+W的。但由于Lazy機制，這100M其實并沒有獲得，這100M全部映射到一個物理地址相同的零頁，且在頁表中記錄的權限為只讀的。當100M中任何一頁發生寫操作時，MMU會給CPU發page fault（MMU可以從寄存器讀出發生page fault的地址；MMU可以讀出發生page fault的原因），Linux內核收到缺頁中斷，在缺頁中斷的處理程序中讀出虛擬地址和原因，去VMA中查，發現是用戶程序在寫malloc的合法區域且有寫權限，Linux內核就真正的申請內存，頁表中對應一頁的權限也修改為R+W。
2）如，程序中有野指針飛到了此程序運行時進程的VMA以外的非法區域，硬件就會收到page fault，進程會收到SIGSEGV信號報段錯誤并終止。
3）如，代碼段在VMA中權限為R+X，如果程序中有野指針飛到此區域去寫，則也會發生段錯誤。（另，malloc堆區在VMA中權限為R+W，如果程序的PC指針飛到此區域去執行，同樣發生段錯誤。）
4）如，執行代碼段時會發生缺頁，Linux申請1頁內存，并從硬盤讀取出代碼段，此時產生了IO操作，為major主缺頁。
綜上，page fault后，Linux會查VMA，也會比對VMA中和頁表中的權限，體現出VMA的重要作用。
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3.????進程內存消耗的4個概念：vss、rss、pss和uss
首先，我們評估一個進程的內存消耗都是指用戶空間的內存，不包括內核空間的內存消耗，即IA32下，虛擬地址在0~3G的部分所對應的物理地址的內存。
VSS - Virtual Set Size
RSS - Resident Set Size
PSS - Proportional Set Size
USS - Unique Set Size
1044，1045，1054三個進程，每個進程都有一個頁表，對應其虛擬地址如何向real memory上去轉換。
process 1044的1，2，3都在虛擬地址空間，所以其VSS=1+2+3。
process 1044的4，5，6都在real memory上，所以其RSS=4+5+6。
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分析real memory的具體瓜分情況：
4 ?libc代碼段，1044，1045，1054三個進程都使用了libc的代碼段，被三個進程分享。
5 ?bash shell的代碼段，1044，1045都是bash shell，被兩個進程分享。
6 ?1044獨占
所以，上圖中4+5+6并不全是1044進程消耗的內存，因為4明顯被3個進程指向，5明顯被2個進程指向，衍生出了PSS（按比例計算的駐留內存）的概念。進程1044的PSS為4/3 +5/2 +6。
最后，進程1044獨占且駐留的內存USS為 6。
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一般情況下，VSS >= RSS >= PSS >= USS。
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評估進程內存耗費情況一般使用smem工具，查看PSS（最公平）：
1）命令行模式
2)餅狀圖模式
3）柱狀圖模式
跑一個死循環程序，觀察其smaps文件。然后再把此程序跑一份，觀察其smaps文件變化（smaps內容很長，只看第一段）：
可以看出PSS由4k變為2k，而Shared_clean由0k變為4k，Private_clean由4k變為0k。
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4.????應用內存泄漏的界定方法
內存泄漏：進程運行的時間越久，耗費的內存越多，申請與釋放不成對。
內存泄漏只看USS即可。
觀察內存泄漏使用連續多點采樣法：
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5.????內存泄漏的檢測工具：valgrind和addresssanitizer
每次free(p2)，沒有free(p1)，申請與釋放不成對。
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使用valgrind檢測由內存泄漏的程序：
使用addresssanitizer中的lsan工具檢測程序內存泄漏：
調用 __lsan_do_leak_check()做檢查
檢測出泄漏了10次。
如今更流行使用addresssanitizer。
內存管理報名
報名：《Linux的任督二脈》之《內存管理》微課(連續5晚)
總結
以上是生活随笔為你收集整理的郝健: Linux内存管理学习笔记-第3节课的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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