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在2G物理内存的机器上申请4G会怎么样？ -- Linux内存管理

作者：互联网

操作系统虚拟内存


应用程序通过malloc函数申请内存的时候，实际申请的是虚拟内存，并不会分配物理内存

当应用程序读写了这块虚拟内存，CPU就会去访问这个虚拟内存，这时会发现虚拟内存没有映射到物理内存，CPU就会产生缺页中断，进程会从用户态切换到内存态，并将缺页中断交给内核的page Fault handler(缺页中断函数)处理。

缺页中断处理函数会看是否有空闲的物理内存

32位操作系统和64位操作系统的虚拟地址空间大小是不同的，在Linux操作系统中，虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间两部分：

image

在32位操作系统上，进程最多申请3GB大小的虚拟内存空间，所以进程申请8GB内存的话，在申请虚拟内存阶段就会失败(可能错误原因是OOM)

在64位操作系统，进程可以使用128T大小的虚拟内存空间，所以进程申请8GB内存是没问题的，因为进程申请内存是申请虚拟内存，只要不读写这个虚拟内存，操作系统就不会分配物理内存。


测试方案：

先查寻当前设备物理内存

free -m

在机器上连续申请4次1GB内存，只单纯分配了虚拟内存，并没有使用此虚拟内存

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define MEM_SIZE 1024 * 1024 * 1024

int main() {
    char* addr[4];
    int i = 0;
    for(i = 0; i < 4; ++i) {
        addr[i] = (char*) malloc(MEM_SIZE);
        if(!addr[i]) {
            printf("执行 malloc 失败, 错误：%s\n",strerror(errno));
          return -1;
        }
        printf("主线程调用malloc后，申请1gb大小得内存，此内存起始地址：0X%x\n", addr[i]);
    }
    
    //输入任意字符后，才结束
    getchar();
    return 0;
}

虽然物理内存只有2GB，但是程序正常分配了4G大小的虚拟内存：

image

通过一下命令查看进程(test)的虚拟内存大小：

ps aux

其中，VSZ 就代表进程使用的虚拟内存大小，RSS 代表进程使用的物理内存大小。可以看到，VSZ 大小为 4198540，也就是 4GB 的虚拟内存。

image
image



Swap机制的作用

如果申请物理内存大小超过了空闲物理内存的大小，就要看操作系统有没有开启Swap机制：


什么是Swap机制？

当系统的物理内存不够用的时候，就需要将物理内存中的一部分空间释放出来，以供当前运行程序使用。那些被释放的空间可能来自一些很长时间没有什么操作的程序，这些被释放的空间会被临时保存到磁盘，等到那些程序要运行时，再从磁盘中恢复数据到内存中。

当内存使用存在压力的时候，会开始触发内存回收行为，会把这些不常访问的内存先写到磁盘中，然后释放这些内存，给其他更需要的进程使用。再次访问这些内存时，重新从磁盘中读入内存就可以了。

这种，将内存数据换出磁盘，又将磁盘中恢复数据到内存的过程，就是Swap机制负责的。

Swap就是把一块磁盘空间或者本地文件，当成内存来使用，包含换出和换入两个过程：

image

使用 Swap 机制优点是，应用程序实际可以使用的内存空间将远远超过系统的物理内存。由于硬盘空间的价格远比内存要低，因此这种方式无疑是经济实惠的。当然，频繁地读写硬盘，会显著降低操作系统的运行速率，这也是 Swap 的弊端。


Linux中的Swap机制会在内存不足和内存闲置的场景下触发：


Linux 提供了两种不同的方法启用 Swap，分别是 Swap 分区（Swap Partition）和 Swap 文件（Swapfile）：

Swap换入换出的是什么类型的内存？

内核缓存的文件数据，因为都有对应的磁盘文件，所以在回收文件数据的时候， 直接写回到对应的文件就可以了。

但是像进程的堆、栈数据等，它们是没有实际载体，这部分内存被称为匿名页。而且这部分内存很可能还要再次被访问，所以不能直接释放内存，于是就需要有一个能保存匿名页的磁盘载体，这个载体就是 Swap 分区。

匿名页回收的方式是通过 Linux 的 Swap 机制，Swap 会把不常访问的内存先写到磁盘中，然后释放这些内存，给其他更需要的进程使用。再次访问这些内存时，重新从磁盘读入内存就可以了。

实验测试：

我的Linux系统镜像是32位操作系统,物理内存设置2GB，带有Swap分区：

image

测试代码直接申请4GB虚拟内存后，通过memset函数访问

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define MEM_SIZE 1024 * 1024 * 1024

int main() {
    char* addr[4];
    int i = 0;
    for(i = 0; i < 4; ++i) {
        addr[i] = (char*) malloc(MEM_SIZE);
        if(!addr[i]) {
            printf("执行 malloc 失败, 错误：%s\n",strerror(errno));
            return -1;
        }
        printf("主线程调用malloc后，申请1gb大小得内存，此内存起始地址：0X%x\n", addr[i]);
    }

    for(i = 0; i < 4; ++i) {
        printf("开始访问第 %d 块虚拟内存(每一块虚拟内存为 1 GB)\n", i + 1);
        memset(addr[i], 0, MEM_SIZE);
    }
    
    //输入任意字符后，才结束
    getchar();
   
    return 0;
}

运行结果：

image

结论：

在有Swap机制的情况下，虽然物理内存只有2GB，也是可以申请4GB虚拟内存并使用的

修改测试代码：

申请8G内存(因为物理内存加Swap区接近8G)，测试结果如下：

image


8G内存可以正常申请，但是当访问前7G虚拟内存区域时都是正常的，当访问第8G时，被系统kill，意味着发生了OOM，查询日志文件，发现确实kernel发生了oom-kill。

image

总结

因为手头暂时没有现成的64位镜像，所64位结论采用参考文章的结论

标签：--,申请,2G,内存,进程,物理,虚拟内存,Swap
来源： https://www.cnblogs.com/Wangzx000/p/16486039.html