内存分配与回收
malloc()是C标准库提供的内存分配函数，对应到系统调用上，有两种实现方式，及brk()和mmap()。
对小块内存(小于128K)，C标准库使用brk()来分配，也就是通过移动堆顶的位置来分配内存，这些内存释放后并不会立刻归还给系统，而是被缓存起来，这样就可以重复使用。
而大块内存(大于128K)，则直接使用mmap()来分配，也就是直接在文件映射段找一块内存分配出去。
这两种方式，各有优缺点。
brk()方式的缓存，可以减少缺页异常的发生，提高内存访问效率，不过这些内存由于没有归还系统，在内存工作繁忙时，频繁的内存分配和释放会造成内存碎片。
mmap()方式分配的内存，会在内存释放时归还给系统，所以mmap()方式会发生缺页异常，在内存工作繁忙时，频繁的内存分配会导致大量的缺页异常，使内核的管理负担增大。这也是malloc只对大内存块使用mmap()的原因。了解了这两种调用方式后，还需要了解清楚，当这两种调用发生后，其实并没有真正分配内存。这些内存都只在首次访问时才分配，也就是通过缺页异常进入内核，再由内核来分配内存。
整体来说，Linux使用伙伴系统来管理内存分配。前面提到，这些内存在MMU中以页为单位进行管理，伙伴系统也一样，以页为单位来管理内存，并且会通过相临页的合并，来减少内存碎片(比如brk方式产生的碎片)。
如果遇到比页更小的对象，比如不到1K的时候，怎么分配内存？
在用户空间，malloc()通过brk()分配内存，在释放时并不马上归还系统，而是缓存起来重复利用。在内核空间，Linux通过slab分配器来管理小内存。
对内存来说，若是只分配而不释放，则会造成内存泄露，甚至会耗尽系统内存。所以应用程序用完内存后，还需要调用free()或者unmap()，来释放这些内存资源。当然系统也不会让某个应用程序用完系统内存，发现内存资源紧张时，系统会通过一系列机制来回收内存，如下三种方式:
1、回收缓存：比如使用LRU(Last Recently Used)算法，回收最近使用较少的页面。
2、回收不常访问内存，把不常访问内存通过交换分区写入磁盘中。
3、杀死进程，内存紧张时系统会通过OOM(Out Of Memory)，直接杀死占用大量内存的进程。
其中第二种方式用到swap，swap其实就是把一块磁盘空间当内存使用，它可以把进程暂时不用的数据存储到磁盘中(这个过程称为换出)，当进程访问这些数据时，再从磁盘读入内存中(这个过程称为换入)。所以可以看到swap把内存扩大了，要注意只有内存不够时，才会发生swap交换,而且磁盘的读写速度比内存慢，会导致内存的性能问题。
第三种提到OOM，它其实是内核的一种保护机制。它监控进程的内存使用情况，并使用oom_score为每个进程的内存使用进行评分:
一个进程消耗的内存越大，oom_score就越大
一个进程运行占用的CPU越多，oom_score就越小
这样进程的oom_score就越大，消耗的内存就越多，也就越容易被OOM杀死，从而更好的保护系统。当然，实际工作需要时，管理员也可以通过/proc文件系统，手动设置进程的oom_adj，从而调整进程的oom_score。oom_adj的范围为[-17,15],数值越大，越容易被OOM杀死，数值越小，越不容易被OOM杀死，其中-17表示禁止OOM。
比如使用下面的命令，就可以把sshd进程的oom_adj调为-16，这样，sshd进程就不容易被OOM杀死。
echo -16 >/proc/$(pidof sshd)/oom_adj
proc文件系统
/proc是Linux内核提供的一种特殊的文件系统，系统用户和内核交互的接口。比方说，用户可以从/proc中查询内核的运行状态和配置选项，查询进程的运行状态、统计数据等，也可以通过/proc来修改内核的配置。/proc文件系统也是很多性能工具的最终数据来源。比如free，就是通过读取/proc/meminfo，获得内存使用情况。通过man free
Buffers
memory used by kernel buffers (Buffers in /proc/meminfo)
cache
memory used by the page cache and slabs (Cached and Slab in /proc/meminfo)
内存性能指标
首先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就是已经使用和还未使用的内存
*共享内存是通过tmpfs系统实现的，所以它的大小就是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，一部分是从磁盘读取文件的页缓存，用来缓存从磁盘读取的数据，可以加快再次访问的速度；另一部分是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。方便内核把分散的写集中起来，统一优化磁盘写入
其次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(已经申请的内存，即使没有分配物理内存，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
*swap内存，通过swap换出到磁盘的内存
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
在内存分配原理中说，系统调用内存分配请求后，并不会立即为其分配内存，而是在请求首次访问时，通过缺页异常来分配。缺页异常有分为以下两种情况：
*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(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
第三类指标是swap使用情况，比如swap的已用空间、剩余空间、换入速度、换出速度等
*已用空间和剩余空间就是已经使用和没有使用的内存空间
*换入速度和换出速度则是每秒换入和换出内存的大小
如何快速分析出内存的性能瓶颈
内存性能指标很多，但都是为了描述内存的基本原理，指标之间都有一定的关联。为了迅速定位内存问题，通常先运行几个覆盖面比较大的性能工具，比如free、top、vmstat、pidstat等，主要分析思路如下:
1、现用free或top查看系统内存整体使用情况
2、再用vmstat或pidstat，查看一段时间的趋势，从而判断出内存问题的类型
3、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。