深入探究 Linux Out of Memory

小蓝 • 2024-12-08 14:18 • 编程

一、内存泄漏

内存泄漏是指程序在申请内存后，使用完毕后没有正确归还给系统，导致该内存一直占据着系统的内存资源，直至系统资源被耗尽。内存泄露是导致 Out of Memory 的一个主要原因

举个例子，当一个内存分配的应用程序申请一块内存，如果在代码中无法找到释放该内存的代码块，则该块内存将一直占用内存并不释放，最终导致系统内存不足。

char *str;
while(1){
    str = (char*)malloc(1024); //申请1KB内存
    printf("Allocating 1 KB... \n");
}

二、内存资源的限制

内存是有限的，不可能越来越大，因此在Linux中资源限制是必须的。在内核中有以下几种内存资源限制：

1. RLIMIT_STACK: 进程栈空间的限制

2. RLIMIT_CORE: Core文件大小的限制

3. RLIMIT_DATA: 数据段的限制

4. RLIMIT_FSIZE: 文件大小的限制

如果进程超过了资源限制，内核将向该进程发送一个.SIGXCPU 信号通知进程超过了资源限制。

三、OOM Killer

当系统内存使用超出可用范围时，内核必须通过停止其中一个或多个进程来释放内存，并且选择将哪个进程停止。此时会触发 OOM Killer。

OOM Killer 会在操作系统内核发现内存不足时自动运行，根据系统内部的算法找到占用内存资源最多的进程，并强制杀死该进程。其优先级低于Kswapd，但优先级比任何其他代码都高

四、Kswapd

Kswapd是Kernel Swap Daemon的简称，是Linux内核内存管理机制的重要组成部分。它的主要工作是监控操作系统对存储器的使用，当发现内存过度使用或存在大量等待空闲内存的进程时，就会触发Swap机制，将不常用的页调出物理内存并写入硬盘上swap分区中，从而获得额外的内存空间来存放正在运行的进程需要的数据。

它主要分为两种状态：

1. Kswapd0: 负责回收匿名内存（代价较大，优先级低）

2. Kswapd1: 负责回收页面缓存（代价较小，优先级高）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc,char* argv[]){
    char* buffer = NULL;
    int buffer_size = atoi(argv[1]);
    memset(buffer, '0', buffer_size);
    sleep(60);
    return 0;
}

五、解决方案

避免 Out of Memory 的一个有效办法是利用 Swap 空间。Swap 是指硬盘上留出的一部分空间，用来存放内存中暂时不使用的数据。当物理内存不足时就可将暂时不使用内存存放到 Swap 空间中，腾出物理内存，以保证系统正常运行。但是，如果过多使用 Swap 空间，也会导致系统性能下降。

除 Swap 外，还有以下一些解决方案:

1. 调整应用进程所占内存空间大小，减少内存消耗（需要在进程占用内存空间过大时及时进行升级）

2. 合理使用内存，注意申请/释放内存资源追踪问题

3. 部署内存监控机制，实时监控内存消耗状况

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