今天有同事说系统内存不够了，想申请扩容，我free了一下，内存不还是绰绰有余吗？他回了一句，那个free不是只剩1G不到了嘛。嗯，确实如此，但是系统实际可用的内存，应该是下面的那个+buffers/cache,还有10G左右的空间。 当然如果是新版本的free命令的话，显示结果会更友好一点。同事没有去深究，虽然计算机的问题都经不起问为什么，不过，这次，我想往里走一点，看看内存到底是怎么工作的？
(旧版)
（新版）
内存映射
我们常说的内存指的是物理内存，但物理内存只有内核才可以访问,那么进程如何访问呢？Linux 内核会给每个进程都提供了一个独立的虚拟地址空间，这就是我们常说的虚拟内存。虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间两部分，不同字长的处理器，空间范围也不同。进程也有用户态和内核态，用户态的只能访问用户空间，切换到内核态才可以访问内核空间内存。当然，并不是所有的虚拟空间都会分配物理内存，按需分配，这种分配的方式是通过内存映射来管理的。内核为每个进程都维护了一张页表，用来记录映射关系。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。内存映射的最小单位是页，通常为4KB，linux提供了多级页表和大页的机制来解决页表过大的问题。多级页表就是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。大页就是比普通页更大的内存块，常见的大小有 2MB 和 1GB。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。虚拟内存空间分布
操作系统为了解决I/O底层的差异，创建了VFS(虚拟文件系统)，为了解决I/O层与内存之间的差异，产生了虚拟内存。为了解决cpu与内存之间的差异，创建了进程。每个程序运行起来都会拥有一个自己的虚拟地址空间，32位cpu的操作系统，其地址线也为32位，所以虚拟地址空间为2^32 -1= 4G。虚拟内存最上方是内核空间，下方是用户空间，用户空间又分为多段。从高到低依次为:栈，文件映射段，堆，数据段，只读段。更详细的划分去网上搜吧。可以通过proc的maps查看具体分布。
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。可以减少缺页异常，提高内存访问率，但频繁的访问会造成内存碎片。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。用完会立刻归还系统，繁忙会造成大量的缺页异常，使内核的管理负担变大。在内核空间，Linux 则通过 slab 分配器来管理比页还小的小内存对象。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。如果内存紧张，会通过一系列机制来回收内存，如LRU，swap，以及OOM。OOM有个om_adj ，范围是 [-17, 15]，数值越大，表示进程越容易被 OOM 杀死，可以改写proc使一些重要程序不会被OOM杀死。
echo -16 > /proc/$(pidof mysqld)/oom_adj
查看内存使用
available 是新进程可用内存的大小。available 不仅包含未使用内存，还包括了可回收的缓存，但并不是所有缓存都可以回收。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。
题外话：MySQL啃不动了，先换换口味吧，快过年了，今天上班少了一大波人，办公室冷清的很。只要系统别挂，我应该也能摸几天鱼了，最近处在倦怠期，动力不是很大，嗯。。。打算写个年终总结，看心情吧。
参考资料：倪朋飞，Linux性能优化实战
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