深入探究 Linux Out of Memory

一、內存泄漏

內存泄漏是指程序在申請內存後，使用完畢後沒有正確歸還給系統，導致該內存一直佔據着系統的內存資源，直至系統資源被耗盡。內存泄露是導致 Out of Memory 的一個主要原因

舉個例子，當一個內存分配的應用程序申請一塊內存，如果在代碼中無法找到釋放該內存的代碼塊，則該塊內存將一直佔用內存並不釋放，最終導致系統內存不足。

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

二、內存資源的限制

內存是有限的，不可能越來越大，因此在Linux中資源限制是必須的。在內核中有以下幾種內存資源限制：

1. RLIMIT_STACK: 進程棧空間的限制

2. RLIMIT_CORE: Core文件大小的限制

3. RLIMIT_DATA: 數據段的限制

4. RLIMIT_FSIZE: 文件大小的限制

如果進程超過了資源限制，內核將向該進程發送一個.SIGXCPU 信號通知進程超過了資源限制。

三、OOM Killer

當系統內存使用超出可用範圍時，內核必須通過停止其中一個或多個進程來釋放內存，並且選擇將哪個進程停止。此時會觸發 OOM Killer。

OOM Killer 會在操作系統內核發現內存不足時自動運行，根據系統內部的算法找到佔用內存資源最多的進程，並強制殺死該進程。其優先級低於Kswapd，但優先級比任何其他代碼都高

四、Kswapd

Kswapd是Kernel Swap Daemon的簡稱，是Linux內核內存管理機制的重要組成部分。它的主要工作是監控操作系統對存儲器的使用，當發現內存過度使用或存在大量等待空閑內存的進程時，就會觸發Swap機制，將不常用的頁調出物理內存並寫入硬盤上swap分區中，從而獲得額外的內存空間來存放正在運行的進程需要的數據。

它主要分為兩種狀態：

1. Kswapd0: 負責回收匿名內存（代價較大，優先級低）

2. Kswapd1: 負責回收頁面緩存（代價較小，優先級高）

#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、解決方案

避免 Out of Memory 的一個有效辦法是利用 Swap 空間。Swap 是指硬盤上留出的一部分空間，用來存放內存中暫時不使用的數據。當物理內存不足時就可將暫時不使用內存存放到 Swap 空間中，騰出物理內存，以保證系統正常運行。但是，如果過多使用 Swap 空間，也會導致系統性能下降。

除 Swap 外，還有以下一些解決方案:

1. 調整應用進程所佔內存空間大小，減少內存消耗（需要在進程佔用內存空間過大時及時進行升級）

2. 合理使用內存，注意申請/釋放內存資源追蹤問題

3. 部署內存監控機制，實時監控內存消耗狀況