程序占用的内存分析

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操作系统的虚拟内存分配表

OP显示的占用内存是进程的虚拟内存，我们需要了解的是程序实际占用内存的量，也就是物理内存占用。

虚拟内存的地址和实际物理内存的地址之间有对应关系，这个关系是操作系统维护的，CPU负责根据这个对应关系进行地址转换。这种对应关系标准的说法叫“内存映射”。

内存映射以页面映射形式实现。页面是固定大小的地址空间（即虚拟范围），虚拟内存的一个页面映射到物理内存的一个页面。没有必要假设连续的虚拟页面映射到连续的物理页面，即使物理页面不连续，只要虚拟页面连续，必要内存的一段地地址拟地己的虚拟地址空间（即虚拟地址范围），因为程序看到的就是连续的数据，这中间就是地址转换在起作用。

内存映射是一种复杂的关系，有下面的情形。

1.         虚拟页面没有映射物理页面

2.         虚拟页面映射某个物理页面

3.         多个虚拟页面映射同一个物理页面

当然不可能一个虚拟页面映射到多个物理页面。

虚拟内存是进程自身的，每个进程有自己的虚拟地址空间（即虚拟地址范围），虚拟地址空间独立，也就是每个进程都是独立的4G地址空间，但是实际物理内存很难有这么多（特别是嵌入式平台），所以虚拟地址空间可以看成是肯定足够的。

因为虚拟地址空间很大，所以宁可浪费虚拟地址空间也要节约物理内存。对于一个进程来说，虚拟内存使用量与物理内存使用量的差别源于上面的第1、3种映射情形。第2种情形两者是一对一映射，所以数量上一样。

我们再看看第1、3种映射情形的实际应用。

对于第1种情形，虚拟页面没有映射物理页面，一般发生在下列场合：

1.         程序的部分代码，因为某些条件未满足，目前还没有执行。

操作系统采用延迟加载策略，没有访问到的虚拟地址默认没有映射到物理内存，是无效的；但是一旦被执行，就会分配一个物理页面，从程序文件中加载数据（代码也是二进制数据）到该物理页面，并修改映射关系，使虚拟地址生效。另外如果某些代码比较长时间没有被执行（操作系统记录页面的空闲时间），操作系统会解除映射，释放物理内存，因为内存上的数据以后还可以再加载。

2.         程序的静态数据，因为某些条件未满足，还没有被访问到

程序的静态数据也是在程序文件中的，包括全局变量、字符串和编译器产生的静态表。与上面的原理一样，操作系统采用延迟加载策略和回收策略（只针对没有修改过的内存，除非有交换分区，这时可以保存在交换分区中）。

3.         堆中的空洞

程序的堆是程序动态申请释放内存所用的内存池。堆可以向上增长，也会退回。但是必须靠后的内存都释放了，而且堆的大小超过一定量（很多系统是128K）才退回。如果程序释放了前面或者中间的内存，那是不会退回的，这就形成了空洞。空洞映射物的理内存实际上是已经释放了，所以空洞没有映射物理内存。

4.         栈顶保留地址空间

程序的栈是函数一层层调用形式的，函数一层层调用的返回地址记录在栈中，函数调用的参数、函数内部的局部变量都存放在栈中。随着函数返回，局部变量、参数等都被释放，栈占用的内存又回退回来。由于难以估计函数调用层次最大会有多深，所以栈会多保留一些虚拟地址空间，这些虚拟地址空间也采用延迟映射的策略和回收策略（退回的数据肯定没有用了）。

5.         栈顶保护地址空间

如果程序有行为异常，对栈的使用超过了配置量，应该尽快发现，方法是在栈顶端后面额外加上小块（一般一个页面）虚拟地址空间，该地址没有任何权限（不能读写），一旦读写这块内存，操作系统会直接给进程发信号杀死进程。

对于第2种情形，多个虚拟页面映射同一个物理页面，一般发生在下列场合：

1.         多个进程共用同一份代码

这种情形一般发生的使用共享库的时候，还有就是同一个程序启动了多次。因为代码可以共用，所以同一份代码在物理内存中只会有一份，多个进程的虚拟地址都映射到同一个物理地址上。

2.         多个进程共用同一份数据

与上面的情形相同，但必须是只读的数据（其实代码就是只读数据）。

3.         进程内部通过不同权限映射同一段物理内存

这种情形很容易被忽略。物理内存按页面大小分配，如果数据量不是页面大小的整数倍，那么剩余零头对物理内存就形成了浪费。如果两种访问属性的数据（比如代码有读、执行情形，只读数据只有读权限），他们的大小相当于页面大小都有一部分零头，那么可以把这两个零头拼在一起放在一个物理页面上，然后通过两个虚拟页面映射，就能够到达节约内存的同时，仍能进行权限控制力的目的。

综上，程序实际占用物理内存的计算方法应该是：

程序占用内存  =  映射物理内存的加权和

加权值  =  本程序对该物理内存的映射次数  /  该物理内存在整个系统中被映射的次数

简单的讲，要从虚拟内存量中第1、3种映射情形多算的占用量。第1种情形要全部减去，第3种情形要整个系统做一下平均，取平均值。

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