linux內(nèi)存架構(gòu)

1、圖解linux下top命令的使用top命令經(jīng)常用來(lái)監(jiān)控linux的系統(tǒng)狀況，比如cpu、內(nèi)存的使用，程序員基本都知道這個(gè)命令，但比較奇怪的是能用好它的人卻很少，例如top監(jiān)控視圖中內(nèi)存數(shù)值的含義就有不少的曲解。本文通過(guò)一個(gè)運(yùn)行中的WEB服務(wù)器的top監(jiān)控截圖，講述top視圖中的各種數(shù)據(jù)的含義，還包括視圖中各進(jìn)程（任務(wù)）的字段的排序。 top進(jìn)入視圖top視圖 01【top視圖 01】是剛進(jìn)入top的基本視圖，我們來(lái)結(jié)合這個(gè)視圖講解各個(gè)數(shù)據(jù)的含義。第一行：10:01:23 當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間126 days, 14:29 系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了126天14小時(shí)29分鐘（在這期間沒(méi)有重啟過(guò)）2 use

2、rs 當(dāng)前有2個(gè)用戶登錄系統(tǒng)load average: 1.15, 1.42, 1.44 load average后面的三個(gè)數(shù)分別是1分鐘、5分鐘、15分鐘的負(fù)載情況。load average數(shù)據(jù)是每隔5秒鐘檢查一次活躍的進(jìn)程數(shù)，然后按特定算法計(jì)算出的數(shù)值。如果這個(gè)數(shù)除以邏輯CPU的數(shù)量，結(jié)果高于5的時(shí)候就表明系統(tǒng)在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)了。 第二行：Tasks 任務(wù)（進(jìn)程），系統(tǒng)現(xiàn)在共有183個(gè)進(jìn)程，其中處于運(yùn)行中的有1個(gè)，182個(gè)在休眠（sleep），stoped狀態(tài)的有0個(gè)，zombie狀態(tài)（僵尸）的有0個(gè)。 第三行：cpu狀態(tài)6.7% us 用戶空間占用CPU的百分比。0.4%

3、 sy 內(nèi)核空間占用CPU的百分比。0.0% ni 改變過(guò)優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程占用CPU的百分比92.9% id 空閑CPU百分比0.0% wa IO等待占用CPU的百分比0.0% hi 硬中斷（Hardware IRQ）占用CPU的百分比0.0% si 軟中斷（Software Interrupts）占用CPU的百分比在這里CPU的使用比率和windows概念不同，如果你不理解用戶空間和內(nèi)核空間，需要充充電了。 第四行：內(nèi)存狀態(tài)8306544k total 物理內(nèi)存總量（8GB）7775876k used 使用中的內(nèi)存總量（7.7GB）530668k free 空閑內(nèi)存總量（530M）79

4、236k buffers 緩存的內(nèi)存量 （79M） 第五行：swap交換分區(qū)2031608k total 交換區(qū)總量（2GB）2556k used 使用的交換區(qū)總量（2.5M）2029052k free 空閑交換區(qū)總量（2GB）4231276k cached 緩沖的交換區(qū)總量（4GB） 這里要說(shuō)明的是不能用windows的內(nèi)存概念理解這些數(shù)據(jù)，如果按windows的方式此臺(tái)服務(wù)器危矣：8G的內(nèi)存總量只剩下530M的可用內(nèi)存。Linux的內(nèi)存管理有其特殊性，復(fù)雜點(diǎn)需要一本書來(lái)說(shuō)明，這里只是簡(jiǎn)單說(shuō)點(diǎn)和我們傳統(tǒng)概念（windows）的不同。 第四行中使用中的內(nèi)存總量（u

5、sed）指的是現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)核控制的內(nèi)存數(shù)，空閑內(nèi)存總量（free）是內(nèi)核還未納入其管控范圍的數(shù)量。納入內(nèi)核管 理的內(nèi)存不見(jiàn)得都在使用中，還包括過(guò)去使用過(guò)的現(xiàn)在可以被重復(fù)利用的內(nèi)存，內(nèi)核并不把這些可被重新使用的內(nèi)存交還到free中去，因此在linux上free內(nèi)存會(huì)越來(lái)越少，但不用為此擔(dān)心。如果出于習(xí)慣去計(jì)算可用內(nèi)存數(shù)，這里有個(gè)近似的計(jì)算公式：第四行的free + 第四行的buffers + 第五行的cached，按這個(gè)公式此臺(tái)服務(wù)器的可用內(nèi)存：530668+79236+4231276 = 4.7GB。 對(duì)于內(nèi)存監(jiān)控，在top里我們要時(shí)刻監(jiān)控第五行swap交換分區(qū)的used，如果這個(gè)數(shù)值

6、在不斷的變化，說(shuō)明內(nèi)核在不斷進(jìn)行內(nèi)存和swap的數(shù)據(jù)交換，這是真正的內(nèi)存不夠用了。 第六行是空行第七行以下：各進(jìn)程（任務(wù)）的狀態(tài)監(jiān)控PID 進(jìn)程idUSER 進(jìn)程所有者PR 進(jìn)程優(yōu)先級(jí)NI nice值。負(fù)值表示高優(yōu)先級(jí)，正值表示低優(yōu)先級(jí)VIRT 進(jìn)程使用的虛擬內(nèi)存總量，單位kb。VIRT=SWAP+RESRES 進(jìn)程使用的、未被換出的物理內(nèi)存大小，單位kb。RES=CODE+DATASHR 共享內(nèi)存大小，單位kbS 進(jìn)程狀態(tài)。D=不可中斷的睡眠狀態(tài) R=運(yùn)行 S=睡眠 T=跟蹤/停止 Z=僵尸進(jìn)程%CPU 上次更新到現(xiàn)在的CPU時(shí)間占用百分比%MEM 進(jìn)程使用的物理內(nèi)存百分比TIME

7、+ 進(jìn)程使用的CPU時(shí)間總計(jì)，單位1/100秒COMMAND 進(jìn)程名稱（命令名/命令行）多U多核CPU監(jiān)控在top基本視圖中，按鍵盤數(shù)字1，可監(jiān)控每個(gè)邏輯CPU的狀況： top視圖 02觀察上圖，服務(wù)器有16個(gè)邏輯CPU，實(shí)際上是4個(gè)物理CPU。進(jìn)程字段排序默認(rèn)進(jìn)入top時(shí)，各進(jìn)程是按照CPU的占用量來(lái)排序的，在【top視圖 01】中進(jìn)程ID為14210的java進(jìn)程排在第一（cpu占用100%），進(jìn)程ID為14183的java進(jìn)程排在第二（cpu占用12%）?？赏ㄟ^(guò)鍵盤指令來(lái)改變排序字段，比如想監(jiān)控哪個(gè)進(jìn)程占用MEM最多，我一般的使用方法如下：1. 敲擊鍵盤b（打開(kāi)/關(guān)閉加亮效果）

8、，top的視圖變化如下： top視圖 03我們發(fā)現(xiàn)進(jìn)程id為10704的top進(jìn)程被加亮了，top進(jìn)程就是視圖第二行顯示的唯一的運(yùn)行態(tài)（runing）的那個(gè)進(jìn)程，可以通過(guò)敲擊y鍵關(guān)閉或打開(kāi)運(yùn)行態(tài)進(jìn)程的加亮效果。2. 敲擊鍵盤x（打開(kāi)/關(guān)閉排序列的加亮效果），top的視圖變化如下： top視圖 04可以看到，top默認(rèn)的排序列是%CPU。3. 通過(guò)shift + >或shift + <可以向右或左改變排序列，下圖是按一次shift + >的效果圖： top視圖 05視圖現(xiàn)在已經(jīng)按照%MEM來(lái)排序了。改變進(jìn)程顯示字段1. 敲擊f鍵，top進(jìn)入另一個(gè)視

9、圖，在這里可以編排基本視圖中的顯示字段： top視圖 06這里列出了所有可在top基本視圖中顯示的進(jìn)程字段，有*并且標(biāo)注為大寫字母的字段是可顯示的，沒(méi)有*并且是小寫字母的字段是不顯示的。如果要在基本視圖中顯示CODE和DATA兩個(gè)字段，可以通過(guò)敲擊r和s鍵： top視圖 072. 回車返回基本視圖，可以看到多了CODE和DATA兩個(gè)字段： top視圖 08top命令的補(bǔ)充top命令是Linux上進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控的首選命令，但有時(shí)候卻達(dá)不到我們的要求，比如當(dāng)前這臺(tái)服務(wù)器，top監(jiān)控有很大的局限性。這臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行著websphere集群，有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)，就是【top視圖

10、01】中的老大、老二兩個(gè)java進(jìn)程，top命令的監(jiān)控最小單位是進(jìn)程，所以看不到我關(guān)心的java線程數(shù)和客戶連接數(shù)，而這兩個(gè)指標(biāo)是java的web服務(wù)非常重要的指標(biāo)，通常我用ps和netstate兩個(gè)命令來(lái)補(bǔ)充top的不足。 監(jiān)控java線程數(shù)：ps -eLf | grep java | wc -l監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)客戶連接數(shù)：netstat -n | grep tcp | grep 偵聽(tīng)端口 | wc -l上面兩個(gè)命令，可改動(dòng)grep的參數(shù)，來(lái)達(dá)到更細(xì)致的監(jiān)控要求。 在Linux系統(tǒng)一切都是文件的 思想貫徹指導(dǎo)下，所有進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)都可以用文件來(lái)獲取。系統(tǒng)根目錄/proc中，每一個(gè)

11、數(shù)字子目錄的名字都是運(yùn)行中的進(jìn)程的PID，進(jìn)入任一個(gè)進(jìn)程目 錄，可通過(guò)其中文件或目錄來(lái)觀察進(jìn)程的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，例如task目錄就是用來(lái)描述進(jìn)程中線程的，因此也可以通過(guò)下面的方法獲取某進(jìn)程中運(yùn)行中的線程數(shù)量 （PID指的是進(jìn)程ID）： ls /proc/PID/task | wc -l在linux中還有一個(gè)命令pmap，來(lái)輸出進(jìn)程內(nèi)存的狀況，可以用來(lái)分析線程堆棧：pmap PID 解釋一下Linux上free命令的輸出。下面是free的運(yùn)行結(jié)果，一共有4行。為了方便說(shuō)明，我加上了列號(hào)。這樣可以把free的輸出看成一個(gè)二維數(shù)組FO(Free Output)。例如：·

12、FO21 = 24677460· FO32 = 10321516     1   2   3   4   5   61  total used free shared buffers cached2Mem:  24677460 23276064  1401396 0 870540 120840083 -/+ buffers/cache:10321516 1435594

13、44 Swap:  25151484 224188   24927296free的輸出一共有四行，第四行為交換區(qū)的信息，分別是交換的總量（total），使用量（used）和有多少空閑的交換區(qū)（free），這個(gè)比較清楚，不說(shuō)太多。free輸出地第二行和第三行是比較讓人迷惑的。這兩行都是說(shuō)明內(nèi)存使用情況的。第一列是總量（total），第二列是使用量（used），第三列是可用量（free）。第一行的輸出時(shí)從操作系統(tǒng)（OS）來(lái)看的。也就是說(shuō)，從OS的角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)上一共有:· 24677460KB（缺省時(shí)free的單位為KB）物理內(nèi)存，即FO21；·

14、 在這些物理內(nèi)存中有23276064KB（即FO22）被使用了；· 還有1401396KB（即FO23）是可用的；這里得到第一個(gè)等式：· FO21 = FO22 + FO23FO24表示被幾個(gè)進(jìn)程共享的內(nèi)存的，現(xiàn)在已經(jīng)deprecated，其值總是0（當(dāng)然在一些系統(tǒng)上也可能不是0，主要取決于free命令是怎么實(shí)現(xiàn)的）。FO25表示被OS buffer住的內(nèi)存。FO26表示被OS cache的內(nèi)存。在有些時(shí)候buffer和cache這兩個(gè)詞經(jīng)?；煊?。不過(guò)在一些比較低層的軟件里是要區(qū)分這兩個(gè)詞的，看老外的洋文:· A buffer is something that

15、has yet to be "written" to disk. · A cache is something that has been "read" from the disk and stored for later use.也就是說(shuō)buffer是用于存放要輸出到disk（塊設(shè)備）的數(shù)據(jù)的，而cache是存放從disk上讀出的數(shù)據(jù)。這二者是為了提高IO性能的，并由OS管理。Linux和其他成熟的操作系統(tǒng)（例如windows），為了提高IO read的性能，總是要多cache一些數(shù)據(jù)，這也就是為什么FO26（cached memory）比較

16、大，而FO23比較小的原因。free輸出的第二行是從一個(gè)應(yīng)用程序的角度看系統(tǒng)內(nèi)存的使用情況。· 對(duì)于FO32，即-buffers/cache，表示一個(gè)應(yīng)用程序認(rèn)為系統(tǒng)被用掉多少內(nèi)存；· 對(duì)于FO33，即+buffers/cache，表示一個(gè)應(yīng)用程序認(rèn)為系統(tǒng)還有多少內(nèi)存； 因?yàn)楸幌到y(tǒng)cache和buffer占用的內(nèi)存可以被快速回收，所以通常FO33比FO23會(huì)大很多。這里還用兩個(gè)等式：· FO32 = FO22 - FO25 - FO26· FO33 = FO23 + FO25 + FO26- buffers/cache 反應(yīng)的是被程序?qū)崒?shí)在在吃掉的內(nèi)存+ buffers/cache 反應(yīng)的是可以挪用的內(nèi)存總數(shù)這二者都不難理解。free命令由procps.*.rpm提供（在Redhat系列的OS上）。free命令的所有輸出值都是從/proc/meminfo中讀出的。在系統(tǒng)上可能有meminfo(2)這個(gè)函數(shù)，它就是為了解析/proc/meminfo的。procps這個(gè)包自己實(shí)現(xiàn)了meminfo()這個(gè)函數(shù)?？梢韵螺d一個(gè)procps的tar包看看具體實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在最新版式3.2.8。DB-1 、DB-2 截圖Mem total F21 32974