上篇文章说了我们性能优化的CPU维度的优化方向，及CPU指标的基本知识 性能优化CPU篇，本文我们着手，从内存的角度讲解一下优化的方向。

内存概括

日常生活常说的内存是什么

• 比方说，我的笔记本电脑内存就是 8GB 的
• 这个内存其实是物理内存
• 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)

虚拟地址空间 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。 这样，进程就可以很方便 地访问内存，更确切地说是访问虚拟内存。

虚拟地址空间内部

• 虚拟地址空间的内部又被分为 和 两部分

• 不同字长(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，例如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 而 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。 为什么会有内存映射 既然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 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，如下图所示:

SWAP运行原理

Swap 是把一块磁盘空间或者一个本地文件，当成内存来使用。它包括换出和换入两个过程。

• 所谓换出，就是把进程暂时不用的内存数据存储到磁盘中，并释放这些数据占用的内存。
• 而换入，则是在进程再次访问这些内存的时候，把它们从磁盘读到内存中来。

一个很典型的场景就是，即使内存不足时，有些应用程序也并不想被 OOM 杀死，而是希望能缓一段时间，等待人工介入，或者等系统自动释放其他进程的内存，再分配给它。除此之外，我们常见的笔记本电脑的休眠和快速开机 的功能，也基于 Swap 。休眠时，把系统的内存存入磁盘，这样等到再次开机时，只要从磁盘中加载内存就可以。 这样就省去了很多应用程序的初始化过程，加快了开机速度。话说回来，既然 Swap 是为了回收内存，那么 Linux 到底在什么时候需要回收内存呢?前面一直在说内存资源紧张，又该怎么来衡量内存是不是紧张呢?

一个最容易想到的场景就是，有新的大块内存分配请求，但是剩余内存不足。这个时候系统就需要回收一部分内 存，进而尽可能地满足新内存请求。这个过程通常被称为 直接内存回收。

除了直接内存回收，还有一个专门的内核线程用来 定期回收内存 ，也就是 kswapd0。为了衡量内存的使用情况， kswapd0 定义了三个内存阈值(watermark，也称为水位)，分别是页最小阈值(pages_min)、页低阈值 (pages_low)和页高阈值(pages_high)。剩余内存，则使用 pages_free 表示

kswapd0 定期扫描内存的使用情况，并根据剩余内存落在这三个阈值的空间位置，进行内存的回收操作。

• 剩余内存小于页最小阈值，说明进程可用内存都耗尽了，只有内核才可以分配内存。
• 剩余内存落在页最小阈值和页低阈值中间，说明内存压力比较大，剩余内存不多了。这时 kswapd0 会执行内 存回收，直到剩余内存大于高阈值为止。
• 剩余内存落在页低阈值和页高阈值中间，说明内存有一定压力，但还可以满足新内存请求。
• 剩余内存大于页高阈值，说明剩余内存比较多，没有内存压力。 可以看到，一旦剩余内存小于页低阈值，就会触发内存的回收。这个页低阈值，其实可以通过内核选项 /proc/sys/vm/min_free_kbytes 来间接设置。min_free_kbytes 设置了页最小阈值，而其他两个阈值，都是根据页最 小阈值计算生成的，计算方法如下 :

内存使用量&调优

• free

所有数值默认都是以字节（kb）为单位

• 第一行 Mem：物理内存； 第二行 Swap：交换分区

free=total - used - shared - buffcache

例：每隔 2s 输出一次统计信息，总共输出 2 次，并且人性化输出所有数值

• top命令

性能剖析

内存性能指标

1. 系统内存使用情况

如已用内存、剩余内存、共享内存、可用内存、缓存和缓冲区的用量等。

• 已用内存和剩余内存很容易理解，就是已经使用和还未使用的内存。

• 共享内存是通过 tmpfs （内存的文件系统 ）实现的，所以它的大小也就是 tmpfs 使用的内存大小。tmpfs 其实

也是一种特殊的缓存。

• 可用内存是新进程可以使用的最大内存，它包括剩余内存和可回收缓存。

• 缓存包括两部分，一部分是磁盘读取文件的页缓存，用来缓存从磁盘读取的数据，可以加快以后再次访问的

速度。另一部分，则是 Slab 分配器中的可回收内存。

• 缓冲区是对原始磁盘块的临时存储，用来缓存将要写入磁盘的数据。这样，内核就可以把分散的写集中起

来，统一优化磁盘写入。

2.进程内存使用情况 比如进程的虚拟内存、常驻内存、共享内存以及 Swap 内存等

• 虚拟内存，包括了进程代码段、数据段、共享内存、已经申请的堆内存和已经换出的内存等。这里要注意，

已经申请的内存，即使还没有分配物理内存，也算作虚拟内存。

• 常驻内存是进程实际使用的物理内存，不过，它不包括 Swap 和共享内存。

• 共享内存，既包括与其他进程共同使用的真实的共享内存，还包括了加载的动态链接库以及程序的代码段等

Swap 内存，是指通过 Swap 换出到磁盘的内存

3.缺页异常

系统调用内存分配请求后，并不会立刻为其分配物理内存，而是在请求首次访问时，通过缺页异

常来分配。缺页异常又分为下面两种场景。

• 可以直接从物理内存中分配时，被称为次缺页异常。

• 需要磁盘 I/O 介入（比如 Swap）时，被称为主缺页异常。

4.Swap 的使用情况

如 Swap 的已用空间、剩余空间、换入速度和换出速度等

• 已用空间和剩余空间很好理解，就是字面上的意思，已经使用和没有使用的内存空间。

• 换入和换出速度，则表示每秒钟换入和换出内存的大小。

内存调优策略

常见的优化思路有这么几种。

1）最好禁止 Swap。如果必须开启 Swap，降低 swappiness 的值，减少内存回收时 Swap 的使用倾向。

2）减少内存的动态分配。比如，可以使用内存池、大页（HugePage）等。

3）尽量使用缓存和缓冲区来访问数据。比如，可以使用堆栈明确声明内存空间，来存储需要缓存的数据；或者用

Redis 这类的外部缓存组件，优化数据的访问。

4）使用 cgroups 等方式限制进程的内存使用情况。这样，可以确保系统内存不会被异常进程耗尽。

5）通过 /proc/pid/oom_adj ，调整核心应用的 oom_score。这样，可以保证即使内存紧张，核心应用也不会被 OOM杀死。