Linux下运行程序的内存管理技巧 (linux 内存 运行)

一、概述

随着计算机技术的不断发展，内存管理技术也逐渐成熟和完善，为了使程序能够更加高效地运行，Linux下的内存管理技巧显得尤为重要。本文将针对这一问题进行探讨和分析，为读者介绍一些内存管理技巧，帮助读者更加高效地运行程序。

二、内存管理技巧

1. 分配内存

在Linux下运行程序时，需要比较灵活地分配内存。可以使用malloc、calloc、realloc等函数来完成内存分配。其中，malloc函数用于动态分配内存，calloc函数则用于动态分配数组。realloc函数可以重新分配内存，这些函数可以帮助程序员根据需要分配合适的内存。

2. 释放内存

同时，在程序运行时，需要及时释放无用的内存，以避免内存的浪费和程序的异常终止。可以使用free函数将不需要的内存释放，保证内存的有效利用和程序的稳定运行。

3. 垃圾回收

垃圾回收是一种常见的内存管理技巧，它可以在程序运行时自动回收未使用的内存。Java语言中的垃圾回收机制被广泛采用，这种机制会自动回收未使用的内存，并且可以节省程序员不少时间。

4. 内存映射

内存映射是一种高级的内存管理技术，它可以将文件或设备映射到进程的内存空间中，以实现文件或设备的读写。Linux下的mmap函数就是一种支持内存映射的函数，它能够将一个文件映射到进程的地址空间中，快速地进行读写操作。

5. 缓存技巧

缓存技巧也是一种常见的内存管理技巧，它可以将频繁使用的数据缓存到内存中，以加快程序的运行速度。Linux系统下，常常使用缓存技巧来提升文件系统的性能，如通过缓存inode信息来减少相同的磁盘读操作。

6. 内存池技巧

内存池技巧是一种高效的内存管理技巧，它可以在程序启动时分配一定数量的内存空间，然后在程序运行时动态地进行分配和释放。通过使用内存池技巧，可以减少内存碎片的产生，提高内存利用效率。

三、

在本文中，我们针对进行了探讨和分析。通过分配内存、释放内存、垃圾回收、内存映射、缓存技巧和内存池技巧等技巧的运用，可以提高程序的运行效率，减少内存的浪费，保证程序的稳定性和高效性。未来，在计算机技术的不断发展中，内存管理技巧也将更加成熟和完善，为程序员提供更多的选择和帮助。

相关问题拓展阅读：

• LINUX系统的内存管理知识详解
• LINUX内存机制是什么？

LINUX系统的内存管理知识详解

内存是Linux内核所管理的最重要的资源之一。内存管理系统是操作系统中最为重要的部分，因为系统的物理内存总是少于系统所需要的内存数量。虚拟内存就是为了克服这个矛盾而采用的策略。系统的虚拟内存通过在各个进程之间共享内存而使系统看起来有多于实际内存的内存容量。Linux支持虚拟内存, 就是使用磁盘作为RAM的扩展，使可用内存相应地有效扩大。核心把当前不用的内存块存到硬盘，腾出内存给其他目的。当原来的内容又要使用时，再读回内存。以下就是我为大家整理到的详细LINUX系统内存管理的知识，欢迎大家阅读!!!

LINUX系统教程：内存管理的知识详解

一、内存使用情况监测

　　(1)实时监控内存使用情况

　　在命令行使用“Free”命令可以监控内存使用情况

　　代码如下:

　　#free

　　total used free shared buffers cached

　　Mem:

　　-/+ buffers/cache:

　　Swap:72

　　上面给出了一个256兆的RAM和512兆交换空间的系统情况。第三行输出(Mem:)显示物理内存。total列不显示核心使用的物理内存(通常大约1MB)。used列显示被使用的内存总额(第二行不计缓冲)。 free列显示全部没使用的内存。Shared列显示多个进程共享的内存总额。Buffers列显示磁盘缓存的当前大小。第五行(Swap:)对对换空间，显示的信息类似上面。如果这行为羡芹全0，那么没使用对换空间。在缺省的状态下，free命令以千字节(也就是1024字节为单位)来显示内存使用情况。可以使用—h参数以字节为单位显示内存使用情况，或者可以兄晌使用—m参数以兆字节为单位显示内存使用情况。还可以通过—s参数使用命令来不间断地监视内存使用情况：

　　#free –b –s2

　　这个命令将会在终端窗口中连续不断地报告内存的使用情况，每2秒钟更新一次。

　　(2)组合watch与 free命令用来实时监控内存使用情况：

　　代码如下:

　　#watch -n 2 -d free

　　Every 2.0s: free Fri Jul 6 06:06:

　　total used free shared buffers cached

　　Mem:64784

　　-/+ buffers/cache:

　　Swap:15928

　　watch命令会每两秒执行 free一次，执行前会清除屏幕，在同样位置显示数据。因为 watch命令不会卷动屏幕，所以适合出长时间的监测内存使用率。可以使用 -n选项，控制执行的频率;也可以利用 -d选项，让命令将每次不同的地方显示出来。Watch命令会一直执行，直到您按下 – 为止。

二、虚拟内存的概念

　　(1)Linux虚拟内存实现机制

　　Linux虚拟内存的实现需要六种机制的支持：地址映射机制、内存分配回收机制、缓存和刷新机制、请求页机制、交换机制、内存共享机制。

　　首先内存管理程序通过映射机制把用户程序的逻辑地址映射到物理地址，在用户程序运行时如果发现程序中要用的虚地址没有对应的物理内存时，就发出了请求页要求;如果有空闲的内存可供分配，就请求分配内存(于是用到了内存的分配和回收)，并把正在使用的物理页记录在缓存中(使用了缓存机制)。 如果没有足够的内存可供分配，那么就调用交换机制，腾出一部分内存。另外在地址映射中要通过TLB(翻译后援存储器)来寻找物理页;交换机制中也要羡派锋用到交换缓存，并且把物理页内容交换到交换文件中后也要修改页表来映射文件地址。

　　(2)虚拟内存容量设定

　　也许有人告诉你，应该分配2倍于物理内存的虚拟内存，但这是个不固定的规律。如果你的物理保存比较小，可以这样设定。如果你有1G物理内存或更多的话，可以缩小一下虚拟内存。Linux会把大量的内存用做Cache的,但在资源紧张时回收回.。你只要看到swap为0或者很小就可以放心了,因为内存放着不用才是更大的浪费。

三、使甩vmstat命令监视虚拟内存使用情况

　　vmstat是Virtual Meomory Statistics(虚拟内存统计)的缩写，可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监视。它是对系统的整体情况进行统计，不足之处是无法对某个进程进行深入分析。通常使用vmstat 5 5(表示在5秒时间内进行5次采样)命令测试。将得到一个数据汇总它可以反映真正的系统情况。

　　代码如下:

　　#vmstat 5 5

　　procemoryswapiosystemcpu—-

　　r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa

54 2

　　vmstat命令输出分成六个部分：

　　(1)进程procs：

　　r：在运行队列中等待的进程数 。

　　b：在等待io的进程数 。

　　(2)内存memoy：

　　swpd：现时可用的交换内存(单位KB)。

　　free：空闲的内存(单位KB)。

　　buff: 缓冲去中的内存数(单位：KB)。

　　cache：被用来做为高速缓存的内存数(单位：KB)。

　　(3) swap交换页面

　　si: 从磁盘交换到内存的交换页数量，单位：KB/秒。

　　so: 从内存交换到磁盘的交换页数量，单位：KB/秒。

　　(4) io块设备:

　　bi: 发送到块设备的块数，单位：块/秒。

　　bo: 从块设备接收到的块数，单位：块/秒。

　　(5)system系统：

　　in: 每秒的中断数，包括时钟中断。

　　cs: 每秒的环境(上下文)切换次数。

　　(6)cpu中央处理器：

　　cs：用户进程使用的时间 。以百分比表示。

　　sy：系统进程使用的时间。 以百分比表示。

　　id：中央处理器的空闲时间 。以百分比表示。

　　如果 r经常大于 4 ，且id经常小于40，表示中央处理器的负荷很重。 如果bi，bo 长期不等于0，表示物理内存容量太小。

四、Linux 服务器的内存泄露和回收内存的方法

　　1、内存泄漏的定义：

　　一般我们常说的内存泄漏是指堆内存的泄漏。堆内存是指程序从堆中分配的，大小任意的(内存块的大小可以在程序运行期决定)，使用完后必须显示释放的内存。应用程序一般使用malloc，realloc，new等函数从堆中分配到一块内存，使用完后，程序必须负责相应的调用free或释放该内存块，否则，这块内存就不能被再次使用，我们就说这块内存泄漏了。

　　2、内存泄露的危害

　　从用户使用程序的角度来看，内存泄漏本身不会产生什么危害，作为一般的用户，根本感觉不到内存泄漏的存在。真正有危害的`是内存泄漏的堆积，这会最终消耗尽系统所有的内存。从这个角度来说，一次性内存泄漏并没有什么危害，因为它不会堆积，而隐式内存泄漏危害性则非常大，因为较之于常发性和偶发性内存泄漏它更难被检测到。存在内存泄漏问题的程序除了会占用更多的内存外，还会使程序的性能急剧下降。对于服务器而言，如果出现这种情况，即使系统不崩溃，也会严重影响使用。

　　3、内存泄露的检测和回收

　　对于内存溢出之类的麻烦可能大家在编写指针比较多的复杂的程序的时候就会遇到。在 Linux 或者 unix 下，C、C++语言是最使用工具。但是我们的 C++ 程序缺乏相应的手段来检测内存信息，而只能使用 top 指令观察进程的动态内存总额。而且程序退出时，我们无法获知任何内存泄漏信息。

　　使用kill命令

　　使用Linux命令回收内存，我们可以使用Ps、Kill两个命令检测内存使用情况和进行回收。在使用超级用户权限时使用命令“Ps”，它会列出所有正在运行的程序名称，和对应的进程号(PID)。Kill命令的工作原理是：向Linux操作系统的内核送出一个系统操作信号和程序的进程号(PID)。

　　应用例子：

　　为了高效率回收内存可以使用命令ps 参数v：

　　代码如下:

　　# ps v

　　PID TTY STAT TIME MAJFL TRS DRS RSS %MEM COMMAND

tty1 Ss+ 0:8 0.1 /in/mingetty tty1

tty2 Ss+ 0:8 0.1 /in/mingetty tty2

tty3 Ss+ 0:2 0.1 /in/mingetty tty3

tty4 Ss+ 0:8 0.1 /in/mingetty tty4

tty5 Ss+ 0:2 0.1 /in/mingetty tty5

tty6 Ss+ 0:4 0.1 /in/mingetty tty6

tty7 Ss+ 1:.0 /usr/bin/Xorg :0 -br -a

pts/2 Ss 0:1496 0.6 -bash

pts/4 Ss 0:1472 0.6 /bin/bash

pts/4 S+ 0:48 0.2 ping 192.168.1.12

pts/2 R+ 0:68 0.3 ps v

　　然后如果想回收Ping命令的内存的话，使用命令：

　　代码如下:

　　# Kill

　　使用工具软件

　　Memprof是一个非常具有吸引力且非常易于使用的软件，它由Red Hat的Owen Talyor创立。这个工具是用于GNOME前端的Boehm-Demers-Weiser垃圾回收器。这个工具直接就可以执行，并且其工作起来无需对源代码进行任何修改。在程序执行时，这个工具会以图形化的方式显示内存的使用情况。

　　相关介绍：Linux

　　严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。

　　Linux拥有以下特性：类似于Unix的基本思想，支持完全免费与自由传播，完全兼容POSIX1.0标准，支持多用户、多任务、有着良好的界面、支持多种平台。Linux 能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

LINUX内存机制是什么？

Linux 内存机制

Linux支持虚拟内存(Virtual Mmemory)，虚拟内存是指使用磁盘当作RAM的扩展，这样可用的内存的大小就相应地增大了。内核会将暂时不用的内存块的内容写到硬盘上，这样一来，这块内存就可用于其它目的。当需要用到原始的内容时，它们被重新读入内存。这些操作对用户来说是完全透明的;Linux下运行的程序只是看到有大量的内存可供使用而并没有注意到时不时它们的一部分是驻留在硬盘上的。当然，读写硬盘要比直接使用真实内存慢得多(要慢数千倍)，所以程序就不会象一直在内存中运行的那样快。用作虚拟内存的硬盘部分被称为交换空间(Swap Space)。

一般，在交换空间中的页面首先被换入内存;如果此时没有足够的物理内存来容纳它们又将被交换出来(到其他的交换空间中)。如果没有足够的虚拟内存来容纳所有这些页面，Linux就会波动而不正常;但经过一段较长的时间Linux会恢复，但此时系统已不可用了。

有时，尽管有许多的空闲内存，仍然会有许多的交换空间正被使用。这种情况是有可能发生的，例如如果在某一时刻有进行交换的必要，但后来一个占用很多物理内存的大进程结束并释放内存时。被交换出的数据并不会自动地交换进内存，除非有这个需要时。此时物理内存会在一段时间内保持空闲状态。对此并没有什么可担心的，但是知道了是怎么一回事，也就无所谓了。

许多操作系统使用了虚拟内存的方法。因为它们仅在运行时才需要交换空间，以解决不会在同一时间使用交换空间，因此，除了当前正在运行的操作系统的交换空间，其它的就是一种浪费。所以让它们共享一个交换空间将会更有效率。

注意：如果会有几个人同时使用这个系统，他们都将消耗内存。然而，如果两个人同时运行一个程序，内存消耗的总量并不是翻倍，因为代码页以及共享的库只存在一份。

Linux系统常常动不动就使用交换空间，以保持尽可能多的空闲物理内存。即使并没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不用的内存页面。这可以避免等待交换所需的时间：当磁盘闲着，就可以提前做好交换。可以将交换空间分散在几个硬盘之上。针对相关磁盘的速度以及对磁盘的访问模式，这样做可以提高性能。

与访问物理内存相比，磁盘的读写是很慢的。另外，在相应较短的时间内多次读磁盘同样的部分也是常有的事。例如，某人也许首先阅读了一段E-mail消息，然后为了答复又将这段消息读入编辑器中，然后又在将这个消息拷贝到文件夹中时，使得邮件程序又一次读入它。或者考虑一下在一个有着许多用户的系统中 ls命令会被使用多少次。通过将信息从磁盘上仅读入一次并将其存于内存中，除了之一次读以外，可以加快所有其它读的速度。这叫作磁盘缓冲(Disk Buffering)，被用作此目的的内存称为高速缓冲(Buffer Cache)。但是，由于内存是一种有限而又不充足的资源，高速缓冲不可能做的很大(它不可能包容要用到的所有数据)。当缓冲充满了数据时，其中最长时间不用的数据将被舍弃以腾出内存空间用于新的数据。

对写磁盘操作来说磁盘缓冲技术同样有效。一方面，被写入磁盘的数据常常会很快地又被读出(例如，原代码文件被保存到一个文件中，又被编译器读入)，所以将要被写的数据放入缓冲中是个好主意。另一方面，通过将数据放入缓冲中，而不是将其立刻写入磁盘，程序可以加快运行的速度。以后，写的操作可以在后成，而不会拖延程序的执行。

大多数操作系统都有高速缓冲(尽管可能称呼不同)，但是并不是都遵守上面的原理。有些是直接写(Write-Through)：数据将被立刻写入磁盘(当然，数据也被放入缓存中)。如果写操作是在以后做的，那么该缓存被称为后台写(Write-Back)。后台写比直接写更有效，但也容易出错：如果机器崩溃，或者突然掉电，缓冲中改变过的数据就被丢失了。如果仍未被写入的数据含有重要的薄记信息，这甚至可能意味着文件系统(如果有的话)已不完整。

针对以上的原因，出现了很多的日志文件系统，数据在缓冲区修改后，同时会被文件系统记录修改信息，这样即使此时系统掉电，系统重启后会首先从日志记录中恢复数据，保证数据不丢失。当然这些问题不再本文的叙述范围。

由于上述原因，在使用适当的关闭过程之前，绝对不要关掉电源，Sync命令倾空(Flushes)缓冲，也即，强迫所有未被写的数据写入磁盘，可用以确定所有的写操作都已完成。在传统的UNIX系统中，有一个叫做update的程序运行于后台，每隔30秒做一次sync操作，因此通常无需手工使用sync命令了。Linux另外有一个后台程序，Bdflush，这个程序执行更频繁的但不是全面的同步操作，以避免有时sync的大量磁盘I/O操作所带来的磁盘的突然冻结。

在Linux中，Bdflush是由update启动的。通常没有理由来担心此事，但如果由于某些原因bdflush进程死掉了，内核会对此作出警告，此时你就要手工地启动它了(/in/update)。

缓存(Cache)实际并不是缓冲文件的，而是缓冲块的，块是磁盘I/O操作的最小单元(在Linux中，它们通常是1KB)。这样，目录、超级块、其它文件系统的薄记数据以及非文件系统的磁盘数据都可以被缓冲了。缓冲的效力主要是由它的大小决定的。缓冲太小的话等于没用。它只能容纳一点数据，因此在被重用时，所有缓冲的数据都将被倾空。实际的大小依赖于数据读写的频次、相同数据被访问的频率。只有用实验的方法才能知道。

如果缓存有固定的大小，那么缓存太大了也不好，因为这会使得空闲的内存太小而导致进行交换操作(这同样是慢的)。为了最有效地使用实际内存，Linux自动地使用所有空闲的内存作为高速缓冲，当程序需要更多的内存时，它也会自动地减小缓冲的大小。

这就是一般情况下Linux内存的一般机制，真正的Linux内存的运行机制远远比这个复杂。

　　在linux的内存分配机制中，优先使用物理内存，当物理内存还有空闲时（还够用），不会释放其占用内存，就算占用内存的程序已经被关闭了，该程序所占用的内存用来做缓存使用，对于开启过的程序、或是读取刚存取过得数据会比较快。

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