Linux 缓存管理和内存泄露

缓存命中率

命中率越高，表示使用缓存带来的收益越高，应用程序的性能也就越好。

Linux 系统中并没有直接提供缓存查询接口，需要使用工具 cachestat 和 cachetop 查看：

• cachestat 提供了整个操作系统缓存的读写命中情况。
• cachetop 提供了每个进程的缓存命中情况。

这两个工具都是 bcc 软件包的一部分，它们基于 Linux 内核的 eBPF（extended Berkeley Packet Filters）机制，来跟踪内核中管理的缓存，并输出缓存的使用和命中情况。

bcc 软件包（BPF Compiler Collection）
BCC is a toolkit for creating efficient kernel tracing and manipulation programs, and includes several useful tools and examples.
BCC-github

根据 github 上的操作指引进行安装，运行查看：

[root@k8s ~]# cachestat 1 3
   TOTAL   MISSES     HITS  DIRTIES   BUFFERS_MB  CACHED_MB
       2        0        2        1           17        279
       2        0        2        1           17        279
       2        0        2        1           17        279 

• TOTAL ，表示总的 I/O 次数；
• MISSES ，表示缓存未命中的次数；
• HITS ，表示缓存命中的次数；
• DIRTIES， 表示新增到缓存中的脏页数；
• BUFFERS_MB 表示 Buffers 的大小，以 MB 为单位；
• CACHED_MB 表示 Cache 的大小，以 MB 为单位。

Buffers 和 Cache 都是操作系统来管理的，应用程序并不能直接控制这些缓存的内容和生命周期。所以，在应用程序开发中，一般要用专门的缓存组件，来进一步提升性能。

内存泄露

应用程序可以访问的用户内存空间，由只读段、数据段、堆、栈以及文件映射段等组成。

• 只读段，包括程序的代码和常量，由于是只读的，不会再去分配新的内存，所以也不会产生内存泄漏。
• 数据段，包括全局变量和静态变量，这些变量在定义时就已经确定了大小，所以也不会产生内存泄漏。
• 堆内存由应用程序自己来分配和管理。除非程序退出，这些堆内存并不会被系统自动释放，而是需要应用程序明确调用库函数 free() 来释放它们。如果应用程序没有正确释放堆内存，就会造成内存泄漏。
• 栈内存由系统自动分配和管理。一旦程序运行超出了这个局部变量的作用域，栈内存就会被系统自动回收，所以不会产生内存泄漏的问题。
• 文件映射段，包括动态链接库和共享内存，其中共享内存由程序动态分配和管理。所以，如果程序在分配后忘了回收，就会导致跟堆内存类似的泄漏问题。

内存泄漏的危害非常大，这些忘记释放的内存，不仅应用程序自己不能访问，系统也不能把它们再次分配给其他应用。内存泄漏不断累积，甚至会耗尽系统内存。