这是《Linux 零基础实战指南》的独立章节版。本章从概念、实操和生产排查三个视角展开，代码块保留了原书可直接运行的版本。 Linux 内存管理包括虚拟内存、页表、缺页、文件页缓存、匿名页、swap、OOM 和 cgroup 限制。理解这些概念，才能解释“free 里 available 才是关键”“进程 RSS 为什么持续增长”“容器内存为什么会被杀”。
15.1 free 输出
free -h
free -m
cat /proc/meminfo
示例：
total used free buff/cache available
Mem: 15G 8G 1G 6G 6G
Swap: 4G 1G 3G
关键指标：
| 指标 | 含义 |
|---|---|
| free | 完全未使用内存 |
| buff/cache | 内核页缓存和缓冲 |
| available | 估算可供新进程使用 |
| swap | 交换分区使用 |
Linux 会把空闲内存用作页缓存，所以 free 低不等于内存不足。判断压力应看 available、swap in/out、缺页、回收和 OOM 事件。
15.2 虚拟内存
Virtual Address Space
|-- code
|-- data
|-- heap
|-- shared libraries
|-- stack
+-- mmapped files / anonymous memory
进程视角：
cat /proc/<pid>/status | grep -E 'Vm|Rss'
cat /proc/<pid>/smaps_rollup
pmap -x <pid>
指标：
| 指标 | 含义 |
|---|---|
| VmSize / VSS | 虚拟地址空间大小 |
| VmRSS / RSS | 常驻物理内存 |
| PSS | 按共享比例分摊后的内存 |
| USS | 进程独占内存 |
| Swap | 已换出内存 |
容量评估优先看 PSS，而不是只看 VSS。
15.3 页类型
| 页类型 | 说明 | 回收方式 |
|---|---|---|
| File-backed page | 文件页缓存 | 可丢弃或回写 |
| Anonymous page | 堆、栈等 | 需写 swap 或压缩 |
| Locked page | mlock 等 | 通常不回收 |
| Slab | 内核对象缓存 | 按对象回收 |
观察：
cat /proc/meminfo | grep -E 'Cached|Buffers|AnonPages|SReclaimable|SUnreclaim'
vmstat 1
15.4 缺页与交换
vmstat 1
cat /proc/vmstat | grep -E 'pgfault|pgmajfault|pswpin|pswpout'
关键指标：
| 指标 | 含义 |
|---|---|
| bi / bo | 块设备读写 |
| si / so | swap in / out |
| majflt | major fault |
判断：
| 现象 | 方向 |
|---|---|
| si/so 持续大于 0 | 内存压力明显 |
| majflt 高 | 文件页未命中 |
| available 低 | 接近容量 |
| OOM 日志 | 已发生牺牲 |
15.5 OOM Killer
查看：
dmesg -T | grep -Ei 'out of memory|oom|killed process'
journalctl -k --since today | grep -i oom
OOM 会根据内存压力和 oom_score 选择牺牲进程：
cat /proc/<pid>/oom_score
cat /proc/<pid>/oom_score_adj
调整：
echo -500 > /proc/<pid>/oom_score_adj
生产重点不是调整分数，而是：
- 控制内存上限；
- 修复泄漏；
- 设置水位告警；
- 保证关键服务有逃生容量；
- 通过编排重启策略恢复。
15.6 内存泄漏排查
进程级：
watch -n 5 'grep -E "VmRSS|VmSwap" /proc/<pid>/status'
pidstat -r -p <pid> 5
smem -rk | head -20
系统级：
ps -eo pid,user,%mem,rss,cmd --sort=-rss | head -20
slabtop
cat /proc/meminfo
应用侧：
- Java 使用 heap dump 和 GC 日志；
- Go 使用 pprof；
- C/C++ 使用 valgrind、ASan 或 core；
- Python 使用 tracemalloc。
RSS 持续增长不一定是泄漏，也可能是缓存增长。要结合配置上限和业务请求量判断。
15.7 cgroup 内存
查看：
cat /sys/fs/cgroup/<path>/memory.current
cat /sys/fs/cgroup/<path>/memory.max
cat /sys/fs/cgroup/<path>/memory.stat
关键项：
| 指标 | 含义 |
|---|---|
| anon | 匿名页 |
| file | 文件页 |
| slab | 内核 slab |
| pgfault | 缺页 |
| pgmajfault | major fault |
| workingset_refault | 工作集回取 |
容器内存达到 hard limit 时可能被杀。判断要看 cgroup 事件和编排系统状态：
kubectl describe pod <pod>
docker inspect <container> --format '{{.State.OOMKilled}}'
Java 容器应让 JVM 感知容器限制，并保留堆外内存和元空间余量。
15.8 透明大页
查看：
cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag
常见值：
always
madvise
never
数据库通常关注 THP 对延迟抖动的影响，具体推荐以数据库和发行版文档为准。修改前要记录默认值和回滚方式。
15.9 内存调优原则
先消除问题，再考虑参数：
1. 确认内存压力证据
2. 定位进程或内核内存
3. 区分缓存增长和泄漏
4. 修复应用配置和代码
5. 评估容量和限流
6. 调整缓存大小
7. 最后评估 swap 和内核参数
常用参数：
sysctl vm.swappiness
sysctl vm.overcommit_memory
sysctl vm.min_free_kbytes
swappiness 不是百分比开关，语义和效果依赖 workload。不要脱离压测直接照抄。
15.10 常见案例
案例一：available 低
free -h
vmstat 1
ps -eo pid,rss,cmd --sort=-rss | head
cat /proc/meminfo
处理：
- 定位大进程；
- 检查缓存上限；
- 重启或扩容前评估影响；
- 增加提前告警。
案例二：Java 容器 OOMKilled
kubectl describe pod <pod>
kubectl top pod <pod>
方向：
-Xmx过大；- 堆外内存或线程栈增长；
- limit 太小；
- 内存泄漏；
- 请求量超容量。
案例三：机器有 swap 但延迟抖动
vmstat 1
grep -E 'pswpin|pswpout' /proc/vmstat
如果 si/so 持续，说明应用工作集超过物理内存。应扩容或降低内存消耗，而不是只调大 swap。
本章小结
Linux 会把空闲内存用作缓存，判断内存压力要看 available、swap、major fault、回收和 OOM。进程内存要区分 VSS、RSS 和 PSS；容器要区分应用使用、页缓存和 cgroup hard limit。内存治理重点是容量预算、泄漏定位和水位告警。
思考题
free和available有什么区别？- RSS 高是否一定代表泄漏？
- cgroup memory.max 达到后会发生什么？
- swap 的价值和风险分别是什么？
- 为 Java 容器设计内存 limit 和 JVM 内存参数。