linux性能優化實戰-內存性能指標

轉自：https://blog.csdn.net/san_77227487/article/details/87938546

https://blog.csdn.net/zxcc1314/article/details/86751559

內存映射

Linux內核給每一個進程提供了一個獨立的連續虛擬地址空間（獨立！能夠將進程內存隔離）。

每一個進程的虛擬地址分爲內核空間和用戶空間。但內核空間，其實關聯的都是相同的物理內存。進程用戶態只能訪問用戶空間內存；內核態能夠訪問內核空間內存。

內存映射就是將虛擬內存地址映射到物理內存地址，內核爲每一個進程都維護了一張頁表，記錄映射關係。
頁表實際存儲在CPU的內存管理單元MMU中，頁表還有一個緩衝TLB（Translation Lookaside Buffer，轉譯後備緩衝器）。

頁的大小爲4KB，爲了解決頁過多，Linux提供了兩種機制多級頁表和大頁（HugePage）。
多級頁表就是把內存分紅區塊來管理，將原來的映射關係改爲區塊索引和區塊內的偏移，這樣能夠大大減小頁表的項數。（其實也能夠直接映射正使用的頁，但這會致使頁不連續，不能使用偏移量查找）
Linux使用四級頁表管理內存頁。

大頁就是比普通頁更大的內存塊。

當訪問虛擬地址在頁表中找不到時，會產生缺頁異常，進入內核空間分配物理內存、更新進程頁表，最後再返回用戶空間，恢復進程的運行。

虛擬內存空間分佈

上圖爲32位系統虛擬內存空間分佈。
除內核空間外，用戶空間內存，從低到高分別是五種不一樣內存段。

只讀段，包括代碼和常量等。
數據段，包括全局變量等。
堆，包括動態分配的內存，從低地址開始向上增加。
文件映射段，包括動態庫、共享內存等，從高地址開始向下增加。
棧，包括局部變量和函數調用的上下文等。棧的大小是固定的，通常是 8 MB。
好比說，使用 C 標準庫的 malloc() 或者 mmap() ，就能夠分別在堆和文件映射段動態分配內存。

內存分配
malloc()兩種實現方式：

對小塊內存（小於 128K），C 標準庫使用 brk() 來分配，經過移動堆頂的位置來分配內存。這些內存釋放後並不會馬上歸還系統，而是被緩存起來，這樣就能夠重複使用。
大塊內存（大於 128K），使用內存映射 mmap()在文件映射段找一塊空閒內存分配。釋放時直接歸還給系統。
在內核空間，Linux 則經過 slab 分配器來管理小內存。能夠把 slab 當作構建在夥伴系統上的一個緩存，主要做用就是分配並釋放內核中的小對象。

malloc() 申請內存後，內存並不會當即分配，而是在首次訪問時，才經過缺頁異常陷入內核中分配內存。

理解內存中的Buffer和Cache
man free ，能夠看到buffer 和 cache 的說明：

Buffers 是內核緩衝區用到的內存，對應的是 /proc/meminfo 中的 Buffers 值。
Cache 是內核頁緩存和 Slab 用到的內存，對應的是 /proc/meminfo 中的 Cached與 SReclaimable 之和。
man proc，關於meminfo 說明：

Buffers 是對原始磁盤塊的臨時存儲，也就是用來緩存磁盤的數據，一般不會特別大（20MB 左右）。
Cached 是從磁盤讀取文件的頁緩存，也就是用來緩存從文件讀取的數據。
SReclaimable 是 Slab 的一部分。Slab 包括兩部分，其中的可回收部分，用 SReclaimable 記錄；而不可回收部分，用 SUnreclaim 記錄。

1、IO性能指標

2、IO性能工具

3、基本思路

1. 先用 iostat 發現磁盤 I/O 性能瓶頸；

2. 再借助 pidstat ，定位出致使瓶頸的進程；

3. 分析進程的 I/O 行爲；

4. 結合應用程序的原理，分析這些 I/O 的來源。