参考来源：性能优化实战

内存的功能主要用来存储系统和应用程序的指令、数据、缓存等。

内存性能分析整体思路

当你看到系统的剩余内存很低时，是不是就说明，进程一定不能申请分配新内存了呢？当然不是，因为进程可以使用的内存，除了剩余内存，还包括了可回收的缓存和缓冲区。
为了迅速定位内存问题，我通常会先运行几个覆盖面比较大的性能工具，比如
free、top、vmstat、pidstat 等。

先用 free 和 top，查看系统整体的内存使用情况。
再用 vmstat 和 pidstat，查看一段时间的趋势，从而判断出内存问题的类型。
最后进行详细分析，比如内存分配分析、缓存 / 缓冲区分析、具体进程的内存使用分析等。

1、通过 free，发现大部分内存都被缓存占用后，可以使用 vmstat 或者 sar观察一下缓存的变化趋势，确认缓存的使用是否还在继续增大

如果继续增大，则说明导致缓存升高的进程还在运行，那你就能用缓存 / 缓冲区分析工具（比如 cachetop、slabtop 等），分析这些缓存到底被哪里占用

2、当你 free 一下，发现系统可用内存不足时，首先要确认内存是否被缓存 / 缓冲区占用。排除缓存 / 缓冲区后，你可以继续用 pidstat 或者 top，定位占用内存最多的进程。

找出进程后，再通过进程内存空间工具（比如 pmap），分析进程地址空间中内存的使用情况

3、当你通过 vmstat 或者 sar 发现内存在不断增长后，可以分析中是否存在内存泄漏的问题

内存分配分析工具 memleak ，检查是否存在内存泄漏。如果存在内存泄漏问题，memleak 会为你输出内存泄漏的进程以及调用堆栈

内存性能优化思路

1. 最好禁止 Swap。如果必须开启 Swap，降低 swappiness 的值，减少内存回收时Swap 的使用倾向。
2. 减少内存的动态分配。比如，可以使用内存池、大页（HugePage）等。
3. 尽量使用缓存和缓冲区来访问数据。比如，可以使用堆栈明确声明内存空间，来存储需要缓存的数据；或者用 Redis 这类的外部缓存组件，优化数据的访问。
4. 使用 cgroups 等方式限制进程的内存使用情况。这样，可以确保系统内存不会被异常进程耗尽。
5. 通过 /proc/pid/oom_adj ，调整核心应用的 oom_score。这样，可以保证即使内存紧张，核心应用也不会被 OOM 杀死。

内存性能指标（三类）

为了分析内存的性能瓶颈，首先你要知道，怎样衡量内存的性能，也就是性能指标问题。

首先，你最容易想到的是系统内存使用情况，比如已用内存、剩余内存、共享内存、可用内存、缓存和缓冲区的用量等。

已用内存和剩余内存很容易理解，就是已经使用和还未使用的内存。

共享内存是通过 tmpfs 实现的，所以它的大小也就是 tmpfs 使用的内存大小。tmpfs 其实也是一种特殊的缓存。

可用内存是新进程可以使用的最大内存，它包括剩余内存和可回收缓存。

缓存包括两部分，一部分是磁盘读取文件的页缓存，用来缓存从磁盘读取的数据，可以加快以后再次访问的速度。另一部分，则是 Slab 分配器中的可回收内存。

缓冲区是对原始磁盘块的临时存储，用来缓存将要写入磁盘的数据。这样，内核就可以把分散的写集中起来，统一优化磁盘写入。

第二类很容易想到的，应该是进程内存使用情况，比如进程的虚拟内存、常驻内存、共享内存以及 Swap 内存等。

**虚拟内存，**包括了进程代码段、数据段、共享内存、已经申请的堆内存和已经换出的内存等。这里要注意，已经申请的内存，即使还没有分配物理内存，也算作虚拟内存。

常驻内存是进程实际使用的物理内存，不过，它不包括 Swap 和共享内存。

共享内存，既包括与其他进程共同使用的真实的共享内存，还包括了加载的动态链接库以及程序的代码段等。

Swap 内存，是指通过 Swap 换出到磁盘的内存。

当然，这些指标中，常驻内存一般会换算成占系统总内存的百分比，也就是进程的内存使用率。

除了这些很容易想到的指标外，我还想再强调一下，缺页异常。

在内存分配的原理中，我曾经讲到过，系统调用内存分配请求后，并不会立刻为其分配物理内存，而是在请求首次访问时，通过缺页异常来分配。缺页异常又分为下面两种场景。

可以直接从物理内存中分配时，被称为次缺页异常。

需要磁盘 I/O 介入（比如 Swap）时，被称为主缺页异常。

显然，主缺页异常升高，就意味着需要磁盘 I/O，那么内存访问也会慢很多。

除了系统内存和进程内存，第三类重要指标就是 Swap 的使用情况，比如 Swap 的已用空间、剩余空间、换入速度和换出速度等。

已用空间和剩余空间很好理解，就是字面上的意思，已经使用和没有使用的内存空间。

换入和换出速度，则表示每秒钟换入和换出内存的大小。

内存性能工具速查表，常见工具的特点和注意事项

Buffer 和 Cache 的区别

注：今天内容接下来的部分，Buffer 和 Cache 我会都用英文来表示，避免跟文中的“缓
存”一词混淆。而文中的“缓存”，则通指内存中的临时存储。

从 free 的手册中，你可以看到 buffer 和 cache 的说明。

Buffers 是内核缓冲区用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Buffers 值。

Cache 是内核页缓存和 Slab 用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Cached 与SReclaimable 之和。

这里的说明告诉我们，这些数值都来自 /proc/meminfo，但更具体的 Buffers、Cached和 SReclaimable 的含义，还是没有说清楚。

Buffers 是对原始磁盘块的临时存储，也就是用来缓存磁盘的数据，通常不会特别大
（20MB 左右）。这样，内核就可以把分散的写集中起来，统一优化磁盘的写入，比如
可以把多次小的写合并成单次大的写等等。

Cached 是从磁盘读取文件的页缓存，也就是用来缓存从文件读取的数据。这样，下次访
问这些文件数据时，就可以直接从内存中快速获取，而不需要再次访问缓慢的磁盘。
SReclaimable 是 Slab 的一部分。Slab 包括两部分，其中的可回收部分，用
SReclaimable 记录；而不可回收部分，用 SUnreclaim 记录。

Cache 是文件读的缓存，但实际上，Cache 也会缓存写文件时的数据。

Buffer 既可以用作“将要写入磁盘数据的缓存”，也可以用作“从磁盘读取数据的缓存”。
Cache 既可以用作“从文件读取数据的页缓存”，也可以用作“写文件的页缓存”。

Buffer 是对磁盘数据的缓存，而 Cache 是文件数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中。