只有在訪問已分配的虛擬地址空間的時候，操作系統通過查找頁表，發現虛擬內存對應的頁沒有在物理內存中，就會觸發缺頁中斷，然后操作系統會建立虛擬內存和物理內存之間的映射關系。

前言

前面我們我們已經了解了linux是如何進行內存分配的、虛擬內存和物理內存的關系、虛擬內存如何管理，今天我們來學習一下系統內存滿了，會發生什么？以及會帶來什么問題？大致分成這四個內容來進行學習。

內存分配的過程哪些內存可以被回收內存回收帶來的問題如何保障一個進程不被kill

(資料圖片僅供參考)

內存分配的過程

前面我們已經學習過應用程序通過 malloc 函數申請內存的，需要注意的是，malloc() 分配的是虛擬內存。

如果分配后的虛擬內存沒有被訪問的話，虛擬內存是不會映射到物理內存的，這樣就不會占用物理內存了。

只有在訪問已分配的虛擬地址空間的時候，操作系統通過查找頁表，發現虛擬內存對應的頁沒有在物理內存中，就會觸發缺頁中斷，然后操作系統會建立虛擬內存和物理內存之間的映射關系。

缺頁中斷就是要訪問的頁不在主存，需要操作系統將其調入主存后再進行訪問。在這個時候，被內存映射的文件實際上成了一個分頁交換文件。

如果沒有空閑的物理內存，那么內核就會開始進行回收內存的工作，回收的方式主要是兩種：直接內存回收和后臺內存回收。

后臺內存回收（kswapd）：在物理內存緊張的時候，會喚醒 kswapd 內核線程來回收內存，這個回收內存的過程異步的，不會阻塞進程的執行。直接內存回收（direct reclaim）：如果后臺異步回收跟不上進程內存申請的速度，就會開始直接回收，這個回收內存的過程是同步的，會阻塞進程的執行。

如果直接內存回收后，空閑的物理內存仍然無法滿足此次物理內存的申請，那么內核就會放最后的大招了 ——觸發 OOM 機制。

OOM Killer 機制會根據算法選擇一個占用物理內存較高的進程，然后將其殺死，以便釋放內存資源，如果物理內存依然不足，OOM Killer 會繼續殺死占用物理內存較高的進程，直到釋放足夠的內存位置。

物理內存申請過程如下圖：

哪些內存可以被回收

系統內存緊張的時候，就會進行回收內存的工作，那具體哪些內存是可以被回收的呢？

主要有兩類內存可以被回收，而且它們的回收方式也不同。

文件頁（File-backed Page）：內核緩存的磁盤數據（Buffer）和內核緩存的文件數據（Cache）都叫作文件頁。大部分文件頁，都可以直接釋放內存，以后有需要時，再從磁盤重新讀取就可以了。而那些被應用程序修改過，并且暫時還沒寫入磁盤的數據（也就是臟頁），就得先寫入磁盤，然后才能進行內存釋放。所以，回收干凈頁的方式是直接釋放內存，回收臟頁的方式是先寫回磁盤后再釋放內存。匿名頁（Anonymous Page）：這部分內存沒有實際載體，不像文件緩存有硬盤文件這樣一個載體，比如堆、棧數據等。這部分內存很可能還要再次被訪問，所以不能直接釋放內存，它們回收的方式是通過 Linux 的 Swap 機制，Swap 會把不常訪問的內存先寫到磁盤中，然后釋放這些內存，給其他更需要的進程使用。再次訪問這些內存時，重新從磁盤讀入內存。

Swap分區在系統的物理內存不夠用的時候，把硬盤內存中的一部分空間釋放出來，以供當前運行的程序使用。那些被釋放的空間可能來自一些很長時間沒有什么操作的程序，這些被釋放的空間被臨時保存到Swap分區中，等到那些程序要運行時，再從Swap分區中恢復保存的數據到內存中。

文件頁和匿名頁的回收都是基于 LRU 算法，也就是優先回收不常訪問的內存。LRU 回收算法，實際上維護著 active 和 inactive 兩個雙向鏈表，其中：

active_list活躍內存頁鏈表，這里存放的是最近被訪問過（活躍）的內存頁；inactive_list不活躍內存頁鏈表，這里存放的是很少被訪問（非活躍）的內存頁；

越接近鏈表尾部，就表示內存頁越不常訪問。在回收內存時，系統就可以根據活躍程度，優先回收不活躍的內存。

內存回收帶來的問題

回收內存方式的不同。回收的內存類型的不同會帶來不同的影響，下面我們就來學習一下不同的是否，不同的類型會帶來怎樣的影響。回收內存方式：后臺回收：直接回收

一種是后臺內存回收，也就是喚醒 kswapd 內核線程，這種方式是異步回收的，不會阻塞進程。一種是直接內存回收，這種方式是同步回收的，會阻塞進程，這樣就會造成很長時間的延遲，以及系統的CPU 利用率會升高，最終引起系統負荷飆高。

可被回收的內存類型：文件頁和匿名頁

文件頁的回收：對于干凈頁是直接釋放內存，這個操作不會影響性能，而對于臟頁會先寫回到磁盤再釋放內存，這個操作會發生磁盤 I/O的，這個操作是會影響系統性能的。匿名頁的回收：如果開啟了 Swap 機制，那么 Swap 機制會將不常訪問的匿名頁換出到磁盤中，下次訪問時，再從磁盤換入到內存中，這個操作是會影響系統性能的。

可以看到，回收內存的操作基本都會發生磁盤 I/O 的，如果回收內存的操作很頻繁，意味著磁盤 I/O 次數會很多，整個系統給人的感覺就是很卡。

如何降低內存回收的影響

從文件頁和匿名頁的回收操作來看，文件頁的回收操作對系統的影響相比匿名頁的回收操作會少一點，因為文件頁對于干凈頁回收是不會發生磁盤 I/O 的，匿名頁的 Swap 換入換出這兩個操作都會發生磁盤 I/O。盡早觸發 kswapd 內核線程異步回收內存來避免應用程序進行直接內存回收。

如何保護一個進程不被 OOM 殺掉呢？

在系統空閑內存不足的情況，進程申請了一個很大的內存，如果直接內存回收都無法回收出足夠大的空閑內存，那么就會觸發 OOM 機制，內核就會根據算法選擇一個進程殺掉。

Linux 到底是根據什么標準來選擇被殺的進程呢？這就要提到一個在 Linux 內核里有一個oom_badness()函數，它會把系統中可以被殺掉的進程掃描一遍，并對每個進程打分，得分最高的進程就會被首先殺掉。

進程得分的結果受下面這兩個方面影響：

第一，進程已經使用的物理內存頁面數。第二，每個進程的 OOM 校準值 oom_score_adj，我們可以在設置 -1000 到 1000 之間的任意一個數值，調整進程被 OOM Kill 的幾率。

函數 oom_badness() 里的最終計算方法是這樣的：

// points 代表打分的結果// process_pages 代表進程已經使用的物理內存頁面數// oom_score_adj 代表 OOM 校準值// totalpages 代表系統總的可用頁面數points = process_pages + oom_score_adj * totalpages / 1000

計算出來的值越大，那么這個進程被 OOM Kill 的幾率也就越大。

每個進程的 oom_score_adj默認值都為 0，所以最終得分跟進程自身消耗的內存有關，消耗的內存越大越容易被殺掉。我們可以通過調整 oom_score_adj 的數值，來改成進程的得分結果：

如果你不想某個進程被首先殺掉，那你可以調整該進程的 oom_score_adj，從而改變這個進程的得分結果，降低該進程被 OOM 殺死的概率。如果你想某個進程無論如何都不能被殺掉，那你可以將 oom_score_adj 配置為 -1000。

我們最好將一些很重要的系統服務的 oom_score_adj 配置為 -1000，比如 sshd，因為這些系統服務一旦被殺掉，我們就很難再登陸進系統了。

不建議將我們自己的業務程序的 oom_score_adj 設置為 -1000，因為業務程序一旦發生了內存泄漏，而它又不能被殺掉，這就會導致隨著它的內存開銷變大，OOM killer 不停地被喚醒，從而把其他進程一個個給殺掉。

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