linux進程內存到底怎麽看 剖析top命令顯示的VIRT RES SHR值
引 言: top命令作為Linux下最常用的性能分析工具之一，可以監控、收集進程的CPU、IO、內存使用情況。比如我們可以通過top命令獲得一個進程使用了多少虛擬內存（VIRT）、物理內存（RES）、共享內存（SHR）。
最近遇到一個咨詢問題，某產品做性能分析需要獲取進程占用物理內存的實際大小（不包括和其他進程共享的部分），看似很簡單的問題，但經過研究分析後，發現背後有很多故事……
1 VIRT RES SHR的準確含義
三個內存指標，VRIT，RES，SHR準確含義是什麽？誰能告訴我們？MAN頁？Linux專家？SUSE工程師？Linus？誰能說出最正確答案？沒人！因為惟有源代碼才是最正確的答案。
那我們就去看下源碼吧，這就是開源軟件的最大的好處。
首先這三個數據的源頭，肯定是內核，進程的相關數據結構肯定是由內核維護。那麽top作為一個用戶空間的程序，要想獲取內核空間的數據，就需要通過系統接口（API）獲取。而proc文件系統是Linux內核空間和用戶空間交換數據的一個途徑，而且是非常重要的一種途徑，這點和windows更傾向於基於函數調用的形式不同。
當你調用系統函數read讀取一個普通文件時，內核執行對應文件系統的代碼從磁盤傳送文件內容給你。
當你調用系統函數read讀取一個 proc文件時，內核執行對應的proc文件系統的代碼從內核的數據結構中傳送相關內容給你。proc文件和磁盤沒有關系。只是系統接口而已。
而一個進程的相關信息，Linux全部通過/proc/<pid>/內的文件告訴了我們。
如下，你可以使用普通的文件讀寫工具，比如cat獲取進程的各種信息。這比函數調用的方式靈活多了、豐富多了。
回到我們的問題，top命令顯示的進程信息，肯定也是通過proc獲取的，因為除此之外沒有其他途徑，沒有系統函數可以做這個事情，top也不可能越過用戶層直取內核獲取數據。
帶著以上信息，很快就可以從top的源碼中找到關鍵代碼：
啊哈，statm文件：
根據sscanf的順序，第一個值是VIRT，第二個值是RES，第三個值是SHR！
等等，好像數值對不上，top顯示的SHR是344k，而statm給出的是86！
再來看一行關鍵代碼：
statm顯示的是頁數，top顯示的是KB。X86下，一頁是4KB，86 * 4 = 344。這就對了！
於是乎，我們找到了最關鍵的入口，接下來按圖索驥，看看內核是怎麽產生statm文件內容就可以了。~~
proc_pid_statm函數負責產生statm文件內容，當你使用cat命令打印statm文件時，內核中的這個函數會執行。
proc_pid_statm獲取進程的mm_struct數據結構，而這個數據結構就是進程的內存描述符，通過它可以獲取進程內存使用、映射的全部信息。
進一步考察task_statm函數，可以看到：
第一個值（VIRT）就是mm->total_vm，即進程虛存的總大小，這個比較清晰，只要進程申請了內存，無論是malloc還是堆棧還是全局，都會計入這個值；
第二個值（RES）是mm->file_rss+mm->anon_rss；
第三個值（SHR）是mm->file_rss。
RES要和SHR結合者看，內核把物理內存分為了兩部分，一部分是映射至文件的，一部分是沒有映射至文件的即匿名內存，完全和共不共享沒有關系！
但file_rss為什麽叫做shared呢？應該是一種指示性表述，表示這部分內存可能是共享的。但並不代表真正共享了。那麽到底哪些計入file_rss？通過查閱相關代碼，發現（可能有遺漏）：
l 程序的代碼段。
l 動態庫的代碼段。
l 通過mmap做的文件映射。
l 通過mmap做的匿名映射，但指明了MAP_SHARED屬性。
l 通過shmget申請的共享內存。
即進程通過以上方式占用的物理內存，計入file_rss，也就是top的SHR字段。我們看到一般這些內存都是以共享方式存在。但如果某個動態庫只一個進程在使用，它的代碼段就沒有被共享著。
反過來再來看anon_rss統計的內容，是否就一定是獨占的？也不是，比如新fork之後的子進程，由於copy on write機制，在頁面被修改之前，和父進程共享。這部分值並不體現在top命令的SHR字段內。
綜上所述top命令顯示的SHR字段，並不是準確描述了進程與其他進程共享使用的內存數量，是存在誤差的。
那麽如何獲取進程準確的共享內存數量？
2 獲取進程準確的共享內存數量
我們註意到在描述進程信息的proc/<pid>內，有一個smaps文件，裏面展示了所有內存段的信息，其中有Shared_Clean Shared_Dirty Private_Clean Private_Dirty:幾個字段。
找到相關代碼，可以看到，一個頁面如果映射數>=2計入Shared_* ； 如果=1計入Private_*。（臟頁計入*_Dirty，否則計入*_Clean）
統計smaps文件內所有段的Shared_*值的總和就是進程準確的共享內存數量！
統計smaps文件內所有段的Private_*值的總和就是進程準確的獨占內存數量！
3 總結
通過以上分析，我們可以得到如下結論：
l top命令通過解析/proc/<pid>/statm統計VIRT和RES和SHR字段值。
l VIRT是申請的虛擬內存總量。
l RES是進程使用的物理內存總和。
l SHR是RES中”映射至文件”的物理內存總和。包括：
程序的代碼段。
動態庫的代碼段。
通過mmap做的文件映射。
通過mmap做的匿名映射，但指明了MAP_SHARED屬性。
通過shmget申請的共享內存。
l /proc/<pid>/smaps內Shared_*統計的是RES中映射數量>=2的物理內存。
l /proc/<pid>/smaps內Private_*統計的是RES中映射數量=1的物理內存。
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