Linux：四千字长文带你彻底掌握内存管理常用命令的用法

一、Linux内存管理介绍

Linux操作系统的内核有五大核心子系统，分别是进程调度系统、虚拟文件系统(VFS)、内存管理单元(MMU)、网络单元、进程间通信(IPC)。内存管理子系统是其中之一，负责在系统上运行的各种进程之间正确分配内存资源，管理系统内存的分配、释放、映射、管理、交换、压缩等一系列操作。

内存管理的主要任务包括：

1、合理分配物理内存给进程、内核和缓存，实现高效分配物理内存

2、为进程提供独立的虚拟地址空间，隔离进程内存，实现虚拟地址的映射。

3、 Linux中的内存被划分为多个区域，如：内核空间、用户空间、缓存、交换分区等，每个区域有不同的作用，内存管理要防止用户非法访问内核空间，支持共享内存（如动态库），实现内存的保护与共享。

4、通过交换（Swap）和页面回收机制应对内存不足，实现内存的动态扩展与回收。

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二、常用命令详解

在使用Linux系统时，内存的已使用、剩余大小、交换空间的使用情况、不同进程的内存占用情况需要用户和相应技术人员重点关注。内存的监控和管理需要借助内存管理命令实现，本文主要介绍内存管理时常用的一些命令及其用法。

1、 free

1）功能介绍

该命令主要是查看内存使用状态，实时显示系统的物理内存、交换空间（Swap）及内核缓冲区的使用情况，全称可理解为 Free Memory Display。

2）使用语法

free[选项]

3）常用选项

可以选择-b、-k、-m、-g来设置显示的内存单位，如：- g  表示以 GB 为单位显示（默认单位为 KB）
–l可以显示内存的利用率
-t显示全部内存（物理内存 + Swap 的总和）情况
-h以人可读的方式（（GB/MB/KB））显示内存信息。-h与其他命令最大不同是-h选项会在数字后面加上可读的单位
-s N：表示每隔N秒打印一次内存信息，N对应的是秒数，直到用ctrl+c结束
-c N：表示重复打印内存信息N次

4）使用实例

例1：查看内存空间的总体概览情况

free -h 

结果列说明：

第一列
Mem 内存的使用信息
Swap 交换空间的使用信息
第一行
total 系统总的可用物理内存大小
used 已被使用的物理内存大小
free 还有多少物理内存可用
shared 被共享使用的物理内存大小
buff/cache 被 buffer 和 cache 使用的物理内存大小
available 还可以被 应用程序 使用的物理内存大小

这里需要注意：free 与 available 的区别
free 是真正尚未被使用的物理内存数量。
available 是应用程序认为可用内存数量，available = free + buffer + cache (注：只是大概的计算方法)
Linux 为了提升读写性能，会消耗一部分内存资源缓存磁盘数据，对于内核来说，buffer 和 cache 其实都属于已经被使用的内存。但当应用程序申请内存时，如果 free 内存不够，内核就会回收 buffer 和 cache 的内存来满足应用程序的请求。

例2：

free -h -s 2

该命令表示每2秒刷新一次结果，以易读格式显示

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2、 vmstat

1）功能

该命令是Virtual Memory Statistics的缩写，是一个虚拟内存统计工具，报告虚拟内存、进程、CPU、IO 等系统活动状态。

注：Linux中vmstat 及下文介绍的4、pmap 命令不是默认安装的，有时需要用户自己安装。

对于 CentOS 8 或RHEL 8，使用以下命令安装：

sudo dnf update
sudo dnf install procps-ng

2）使用语法

vmstat [选项] [间隔时间] [次数]

3）常用选项

-a  显示活跃（active）和非活跃（inactive）内存。
-s  以表格形式汇总内存事件（如缺页次数、Swap 使用）。
-d  显示磁盘 I/O 统计。
1 5  每1秒刷新一次，共输出5次。

4）使用实例

例1：

vmstat

例2：每秒刷新一次，显示活跃内存，共3次

输出结果字段解析：

swpd：已使用的 Swap 空间（KB）。  
free/inact/active：空闲、非活跃、活跃内存（KB）。  
si/so：每秒从磁盘换入（Swap In）和换出（Swap Out）的数据量。  
bi/bo：块设备每秒读/写次数（块数）。 

3、 top

1）功能
该命令是Table of Processes 的缩写，该命令用于实时显示所有正在运行和实际运行并且更新到列表中，显示CPU的使用、内存的使用、交换内存等，以交互方式实时显示系统资源的使用情况和运行中的进程。它提供了一个动态更新的进程列表，以及按CPU或内存使用率排序进程的功能。

Top命令也可用于进程的监控，具体用法可见上篇文章【Linux：五千字长文带你详解进程基本概念、管理命令、用法及输出列】

2）语法

top [选项]

3）常用选项

-d <秒数>：刷新间隔时间。  
-p <PID>：监控指定进程。  
-b：批处理模式（输出到文件）

4）使用实例

例1：使用top 启动实时监控

在top进程界面：

按M可以查看占用内存最多的进程
按c可以显示进程所在的路径
按A可以分块显示
按P表示显示结果按 CPU 使用排序。
键盘上的`q` 键可退出 `top`。

输出结果列中字段解析：

VIRT：进程虚拟内存总量（含共享库和 Swap）。  
RES：驻留物理内存（RSS，单位 KB）。  
SHR：共享内存大小。  

例2；每2秒刷新一次，输出到文件

top -d 2-b > top_log.txt 

该命令需要通过ctrl+c退出。

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4、 pmap

1）功能介绍

该命令是Process Memory Map的缩写，用于显示进程的详细内存映射，能显示一个或多个进程的虚拟内存地址空间，包括每个内存段的大小、权限等信息，常用于调试和优化程序性能。

2）语法

pmap [选项] PID [PID ...]

这里的PID表示要查看的进程ID，可以是一个或多个。

3）常用选项

-x：显示扩展详细信息（显示 RSS 和 PSS）。
-X ：显示更详细的内存映射信息（该选项参数需要 root 权限）。
-p <PID>：指定目标进程 ID。
-d：显示设备格式

4）使用实例

例1：

pmap -x <PID>

例2：查看 的进程内存映射

pmap -X 1546861

输出结果字段解析：

Size：虚拟内存大小。  
Rss：实际驻留物理内存。  
Pss：按比例计算的共享内存（更准确） 

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5、 smem

1）功能介绍
该命令的全称是System Memory Reporter。可用于精确统计进程内存占用，区分独占内存（USS）、共享内存（PSS）和总驻留内存（RSS）。

在没有安装smem 命令的机器上，需要用户手动安装该命令。

对于对于 Fedora 或 CentOS 8 及更新版本，使用以下命令安装：

sudo dnf install smem

Debian/Ubuntu系统，使用：

sudo apt install smem 

2）语法

smem [options]

3）常用选项

 -h, --help：显示帮助信息并退出。
 -H, --no-header：不显示表头行。
 -c COLUMNS, --columns=COLUMNS：指定要显示的列，例如 pid,user,command,swap,uss,pss,rss。
 -t, --totals：显示总计行。
 -R REALMEM, --realmem=REALMEM：设置物理 RAM 的总量，这对于解释 PSS 数值非常重要。
 -K KERNEL, --kernel=KERNEL：指定内核镜像路径，主要用于嵌入式系统或特殊用途。
 -m, --mappings：显示内存映射信息。
 -P PROCESSFILTER, --processfilter=PROCESSFILTER：使用正则表达式过滤进程。
 -M MAPFILTER, --mapfilter=MAPFILTER：使用正则表达式过滤内存映射。
 -U USERFILTER, --userfilter=USERFILTER：使用正则表达式过滤用户。
 -n, --numeric：输出数值形式，不带单位。
 -s SORT, --sort=SORT：指定排序依据的字段，如 pss、rss 等。
-r, --reverse：反转排序顺序。
 -p, --percent：显示百分比。
 -k, --abbreviate：显示单位后缀，如 KB、MB、GB 等。
--pie=PIE：显示饼状图。
 --bar=BAR：显示柱状图
  -u, --users：按用户分组显示内存使用情况。
 -w, --system：显示整个系统的内存使用情况。

4）使用实例

例：按用户汇总内存使用

smem-t -k -u
返回结果：

UserCount     Swap      USS      PSS      RSS 
root50      0、0K   123、0M   145、0M   200、0M 
alice20      0、0K    45、0M    50、0M    70、0M 

输出结果字段解析

USS（Unique Set Size）：表示进程独占内存。  
PSS（Proportional Set Size）：表示共享内存按进程数均摊后的值。

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