如何在Linux中分析内存 Linux pmap内存映射-linux运维-PHP中文网

答案：通过pmap和/proc/smaps分析进程内存映射，结合free、top等工具从系统到进程层面诊断内存使用与泄漏。首先用free -h和/proc/meminfo查看系统内存概况，利用top/htop监控进程VIRT、RES、SHR；当发现异常时，使用pmap -x获取进程内存映射的Pss、RSS、Shared等详细信息，重点关注[anon]区域增长；通过多次pmap -x快照对比，结合/proc/<pid>/smaps中的Private_Dirty、Rss等字段变化，定位持续增长的内存段，判断是否存在内存泄漏，并分析共享内存影响，从而精准识别内存瓶颈、优化资源利用。

如何在linux中分析内存 linux pmap内存映射

在Linux系统中分析内存，核心在于理解进程如何使用和管理物理及虚拟内存。这通常涉及到一系列工具的组合使用，其中

pmap

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是一个非常直接且强大的工具，用于查看单个进程的内存映射详情，而

/proc

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文件系统则提供了更底层的内存信息。通过这些工具，我们可以快速定位内存占用高的区域，诊断潜在的内存泄漏，并深入理解程序的内存行为。

解决方案

要深入分析Linux中的内存使用，我们通常会从系统整体概览开始，然后逐步聚焦到具体的进程。

系统级内存概览：

free -h
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: 这是最常用的命令之一，它以人类可读的格式显示系统总内存、已用内存、空闲内存、共享内存、缓冲区/缓存内存以及可用内存。
- ```
total
```
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  : 系统总物理内存。
- ```
used
```
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  : 实际被进程使用的内存。
- ```
free
```
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  : 完全空闲的内存。
- ```
shared
```
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  : 被多个进程共享的内存。
- ```
buff/cache
```
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  : 被内核用于缓存文件系统数据和块设备数据的内存。这部分内存是可回收的，Linux会尽可能利用空闲内存进行缓存，以提高I/O性能。所以，
```
used
```
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  +
```
buff/cache
```
  登录后复制
  往往接近
```
total
```
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  ，而
```
free
```
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  看起来很少是正常现象。
- ```
available
```
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  : 实际可用于新进程的内存，它考虑了
```
free
```
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  内存以及
```
buff/cache
```
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  中可回收的部分。这个值比
```
free
```
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  更能反映系统当前的内存压力。
/proc/meminfo
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: 提供了更详细的内存信息，
```
free
```
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命令的数据就来源于此。通过
```
cat /proc/meminfo
```
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可以看到各种内存指标，比如
```
MemTotal
```
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、
```
MemFree
```
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、
```
Buffers
```
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、
```
Cached
```
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、
```
SwapTotal
```
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、
```
SwapFree
```
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等，对于自动化脚本或深入分析非常有用。
top
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/
htop
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: 实时监控工具。在这些工具中，关注以下几个关键指标：
- ```
VIRT
```
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  (Virtual Memory Size): 进程的虚拟内存大小，包括所有代码、数据、共享库以及可能已交换到磁盘的内存。它通常远大于实际使用的物理内存。
- ```
RES
```
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  (Resident Set Size): 进程实际占用物理内存的大小，不包括交换出去的部分。这是衡量进程真实物理内存消耗的关键指标。
- ```
SHR
```
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  (Shared Memory Size): 进程共享内存的大小，包括共享库、共享内存段等。这部分内存可能被多个进程共享，因此不能简单地将所有进程的
```
SHR
```
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  相加来计算总共享内存。

进程级内存分析（聚焦

pmap

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和
/proc/smaps
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）：

当发现某个进程的

RES

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或

VIRT

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异常高时，我们需要深入到进程内部去查看其内存映射。

pmap <pid>
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:
```
pmap
```
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命令用于报告一个进程的内存映射。
- 基本用法：
```
pmap <pid>
```
  登录后复制
```
pmap 12345
```
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  输出通常包含：
  - Address: 内存区域的起始地址。
  - Kbytes: 内存区域的大小（KB）。
  - RSS: 实际占用物理内存的大小（KB）。
  - Dirty: 脏页大小（仅在某些
```
pmap
```
    登录后复制
    版本或选项下显示）。
  - Mode: 内存区域的权限（r=读, w=写, x=执行, p=私有, s=共享）。
  - Mapping: 内存区域映射到的文件、设备或类型（如
```
[heap]
```
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    、
```
[stack]
```
    登录后复制
    、
```
[anon]
```
    登录后复制
    、共享库文件等）。
- 扩展用法：
```
pmap -x <pid>
```
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  这个选项提供更详细的输出，其中一个非常重要的列是
```
Pss
```
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  (Proportional Set Size)。
```
Pss
```
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  考虑了共享内存，它将共享内存的大小按比例分摊到各个共享它的进程上。例如，如果一个10MB的共享库被10个进程使用，那么每个进程的
```
Pss
```
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  会将这10MB计为1MB。这比
```
RSS
```
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  能更准确地反映一个进程对系统总内存的“贡献”。
```
pmap -x 12345
```
  登录后复制
  输出会增加
```
Pss
```
  登录后复制
  、
```
shared
```
  登录后复制
  、
```
Private
```
  登录后复制
  等列。
- [anon]
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  映射: 在
```
pmap
```
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  的输出中，
```
[anon]
```
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  表示匿名映射，通常是进程的堆内存（通过
```
malloc
```
  登录后复制
  等分配）或未映射到文件的私有数据。如果这个区域持续增长，那很可能是内存泄漏的迹象。
/proc/<pid>/maps
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: 这是
```
pmap
```
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命令的底层数据源，提供了进程虚拟地址空间中所有内存区域的原始映射信息。
```
cat /proc/12345/maps
```
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输出格式为：
```
address permissions offset dev inode pathname
```
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。
/proc/<pid>/smaps
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: 这是比
```
maps
```
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更详细的内存映射信息，它为每个映射区域提供了额外的内存使用统计，包括
```
RSS
```
登录后复制
、
```
Pss
```
登录后复制
、
```
Shared_Clean
```
登录后复制
、
```
Shared_Dirty
```
登录后复制
、
```
Private_Clean
```
登录后复制
、
```
Private_Dirty
```
登录后复制
等。
```
cat /proc/12345/smaps
```
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这个文件对于深入分析共享内存和私有内存的细节至关重要，尤其是在诊断内存泄漏时。

通过结合这些工具，我们可以从宏观到微观，全面而深入地分析Linux系统的内存使用情况。

为什么理解Linux内存映射对性能优化至关重要？

在我看来，理解Linux内存映射不仅仅是调试内存问题那么简单，它直接关系到系统和应用程序的整体性能。当你深入到内存映射的层面，你就不再只是看一个数字，而是看到了数据如何在物理内存中布局、如何被CPU访问，以及不同进程之间如何共享资源。

首先，精准识别内存瓶颈。如果一个应用运行缓慢，内存映射能帮你区分是虚拟内存不足（导致大量交换），还是物理内存实际占用过高。

pmap

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能告诉你哪些库、哪些代码段、哪些数据区占用了最多的物理内存（RSS或Pss），这比单纯看

top

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里的

RES

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要精确得多。比如，如果发现大量的私有匿名映射（

[anon]

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）持续增长，那很可能就是应用自身代码的内存管理出了问题，而不是系统缓存不足。

其次，优化共享资源利用。Linux的内存映射机制使得共享库、共享内存段能够被多个进程高效利用。通过

pmap -x

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的

Pss

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值，我们可以更准确地评估一个进程对总内存的实际“贡献”，而不是简单地加总

RSS

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。这对于服务器端应用尤其重要，多个实例可能共享相同的代码段，理解这一点能帮助我们设计更节省内存的架构，减少冗余加载，进而提升整体系统吞吐量。

再者，提升CPU缓存效率。虽然内存映射主要关注物理内存的分配和管理，但它也间接影响CPU缓存。当程序访问的内存区域是连续的、局部性好的，CPU缓存命中率就会高。通过观察内存映射，虽然不能直接看到缓存行为，但可以推断出数据布局是否有利于缓存。例如，如果你的数据结构被分散映射到不连续的内存区域，那么访问这些数据时可能导致更多的缓存失效，进而影响性能。

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最后，帮助诊断和预防内存泄漏。内存泄漏是性能杀手，它会逐渐耗尽系统资源，最终导致应用崩溃或系统响应变慢。通过跟踪内存映射的变化，特别是私有匿名映射的增长，我们可以在早期发现内存泄漏的迹象，这比等到系统已经卡顿、应用已经崩溃才去排查要高效得多。这就像是给你的程序做定期体检，通过观察内部器官的“布局”变化来判断健康状况。

所以，内存映射不是一个抽象的概念，它是我们理解Linux系统如何高效运行、如何排查性能问题的一把钥匙。掌握它，你就掌握了优化应用和系统性能的深层技巧。

如何区分虚拟内存、常驻内存（RSS）和共享内存？

这三者是理解Linux内存管理最基础也最容易混淆的概念。在我看来，它们分别代表了内存使用的不同维度，就像是看房子的平面图、实际居住面积和公共区域一样。

虚拟内存（Virtual Memory Size - VIRT）：
- 概念：
```
VIRT
```
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  是一个进程可以访问的全部地址空间。它是一个理论上的上限，包括了进程的代码段、数据段、堆、栈、加载的共享库，以及任何通过
```
mmap
```
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  映射的文件或设备。甚至包括那些已经被分配但尚未被实际使用（“预留”）的内存，以及已经交换到磁盘上的内存。
- 特点：
```
VIRT
```
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  通常远大于进程实际占用的物理内存。它不代表实际的物理内存消耗，更像是一个“地址池”的大小。一个进程可以有非常大的
```
VIRT
```
  登录后复制
  ，但实际使用的物理内存可能很少。
- 用途：主要用于进程的地址隔离和管理，让每个进程都感觉自己拥有独立的、巨大的地址空间。
常驻内存（Resident Set Size - RSS）：
- 概念：
```
RSS
```
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  是一个进程当前实际占用物理内存的大小。它排除了被交换到磁盘上的内存，但包含了进程使用的所有物理页，无论是私有的还是与其它进程共享的。
- 特点：这是衡量一个进程真实物理内存消耗的直接指标。如果一个进程的
```
RSS
```
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  很高，那么它确实占用了大量的物理RAM。
- 用途：最直观地反映了进程对系统物理内存的压力。然而，
```
RSS
```
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  有一个“陷阱”：它包含共享内存。这意味着如果两个进程都使用了同一个10MB的共享库，那么它们各自的
```
RSS
```
  登录后复制
  都会加上这10MB，但系统总共只消耗了10MB物理内存。简单加总所有进程的
```
RSS
```
  登录后复制
  会导致对总内存消耗的严重高估。
共享内存（Shared Memory）：
- 概念：这部分内存被设计为可以在多个进程之间共享，从而节省物理RAM。它主要有两种形式：
  - 共享库：例如
```
libc.so
```
    登录后复制
    、
```
libpthread.so
```
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    等，它们的代码和只读数据段在物理内存中只有一份副本，但可以被多个进程映射到自己的虚拟地址空间中。
  - 显式共享内存段：通过
```
shm_open
```
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    、
```
mmap
```
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    (使用
```
MAP_SHARED
```
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    标志) 等机制创建的，用于进程间通信（IPC）。
- 特点：共享内存的物理副本只有一份，无论有多少进程使用它。
- 如何识别和衡量：
  - top
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    /
    htop
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    的
    SHR
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    列：这是一个粗略的估计，表示进程使用的共享内存大小。
  - pmap -x
    登录后复制
    的
    shared
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    列：显示了进程映射的共享内存大小。
  - pmap -x
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    的
    Pss
    登录后复制
    列：这是衡量共享内存影响的黄金标准。
```
Pss
```
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    =
```
Private
```
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    + (
```
shared
```
    登录后复制
    /
```
num_sharers
```
    登录后复制
    )。它将共享内存按比例分摊到各个进程上，因此将所有进程的
```
Pss
```
    登录后复制
    相加，就得到了系统总的物理内存消耗（不包括内核自身）。
  - /proc/<pid>/smaps
    登录后复制
    中的
    Shared_Clean
    登录后复制
    和
    Shared_Dirty
    登录后复制
    ：提供了最详细的共享内存分解，
```
Shared_Clean
```
    登录后复制
    是只读的共享内存（如共享库的代码），
```
Shared_Dirty
```
    登录后复制
    是可写且被修改过的共享内存。

简而言之，

VIRT

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是你理论上能用的“地盘”大小，

RSS

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是你实际占用的“居住面积”，而

Pss

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则是你公平分摊后的“居住面积”，它更好地考虑了你和邻居共享公共区域（共享内存）的情况。在分析内存时，我通常会优先关注

RSS

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来判断物理内存压力，然后用

Pss

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来更准确地评估单个进程的真实内存贡献，尤其是当有大量共享库或共享内存段时。

使用pmap和/proc/smaps诊断内存泄漏的实战技巧

诊断内存泄漏是一个需要耐心和系统性方法的过程。

pmap

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和

/proc/smaps

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在这个过程中扮演着“侦察兵”的角色，它们能帮助我们快速定位泄漏的“战场”，尽管它们不能直接告诉你泄漏的具体代码行。

1. 初步观察与确认：

内存泄漏的第一个迹象通常是进程的内存使用量（特别是

RES

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或

VIRT

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）随着时间推移持续增长，即使在负载稳定或空闲时也一样。

使用
```
top
```
登录后复制
或
```
htop
```
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观察目标进程的
```
RES
```
登录后复制
和
```
VIRT
```
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列。如果它们持续单调上升，且没有下降的趋势，那么内存泄漏的可能性就很大了。
记录下进程的PID。

2. 利用

pmap -x

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进行快速诊断：

pmap -x

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是我用来快速判断内存泄漏源头的首选工具。

多次快照对比：在一个相对长的时间段内（比如几分钟、几小时，取决于你的应用泄漏速度），多次运行
```
pmap -x <pid>
```
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并将输出保存到文件中。
```
# 第一次快照
pmap -x 12345 > pmap_snapshot_1.txt
sleep 300 # 等待5分钟
# 第二次快照
pmap -x 12345 > pmap_snapshot_2.txt
```
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**分析差异

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