一. 上节回顾
1. PHP的问题定位
2. CPU的三个主要案例：
(1) mysql
(2) java
(3) PHP
二. 内存
1. 物理内存
生活中，我们知道内存有4G和8G，这里提到的是内存容量，其实指的是物理内存
物理内存：也称为主存，大多数计算机的主存都是动态随机访问内存（DRAM）
2. 虚拟内存
只有内核才能直接访问物理内存，那么，应用进程要访问内存时，怎么办？
Linux内核给每个进程都提供了一个独立的虚拟地址空间，并且这个空间是连续的，这样进程就可以很方便的访问内存，更确切的说是访问虚拟内存
虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间两部分，不同字长（也就是单个CPU指令可以处理数据的最大长度）的处理器，地址空间的范围也不同，比如64位系统，32位系统
我们都知道，进程在用户态时，只能访问用户空间内存，只有进入内核态后，才可以访问内核空间内存，虽然每个进程的地址空间都包含了内核空间，但这些内核空间，其实关联的都是相同的物理内存，这样，进程切换到内核态后，就可以很方便的访问内核空间内存
3. 内存映射
每个进程都有一个这么大的地址空间，那么所有进程的虚拟内存加起来，自然要比实际的物理内存大的多，所以并不是所有的虚拟内存都会分配物理内存，只有那些实际使用的虚拟内存才会分配物理内存，并且分配后的物理内存，是通过内存映射来管理的
内存映射：就是将虚拟内存地址映射到物理内存地址，为了完成内存映射，内核为每个进程都维护了一张页表，记录虚拟地址和物理地址的映射关系
页表实际上存储在CPU的内存管理单元MMU中，这样，正常情况下，处理器就可以直接通过硬件，找出要访问的内存
4. 内存使用
通过上面的页表映射，进程就可以通过虚拟地址来访问物理内存了，那么具体一个Linux进程中这些内存又是怎么使用的呢？
以32位系统为例，从低到高有五种不同的内存段：
只读段：包括代码和常量等
数据段：包括全局变量等
堆：包括动态分配的内存，从低地址开始向上增长
文件映射：包括动态库，共享内存，从高地址开始向下增长
栈：包括局部变量和函数调用的上下文，栈的大小都是固定的，一般是8MB
在这五个内存段中，堆和文件映射的内存是动态分配的
5. 内存分配与回收
malloc()是C标准库提供的内存分配函数，对应到调用系统上，有两种实现方式：brk()和mmap()
对于存储小于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，这些内存释放之后并不会立即归还系统，而是被缓存起来，这样就可以重复使用
对于大块内存大于128K的，直接使用内存映射mmap()来分配，就是在文件映射段中找一块内存分配出去
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，不过由于这些内存没有归还系统，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：会在释放时直接归还系统，所以每次mmap都会发生缺页异常，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只对大块内存使用mmap的原因
对内存来说，如果只分配而不释放，就会造成内存泄漏，甚至会耗尽系统内存，所以在应用程序用完内存后，还需要调用free()或unmap()，来释放内存
当然，系统也不会任由某种进程用完所有内存，在发现内存紧张时，系统会通过一系列的机制来回收内存，如下三种：
第一种：回收缓存，使用LRU(Least Recently used)算法，回收最近使用最少的内存页面
第二种：回收不常用的内存，把不常用的内存通过交换分区直接写到磁盘中
第三种：杀死进程，内存紧张时系统会跳过OOM(OutOfMemory)，直接杀掉占用大量内存的进程
其中第二种回收不常用的内存时，就会用到交换分区(swap)，swap其实就是把一块磁盘空间当做内存来使用，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），当进程访问这些内存时，再从磁盘读取这些数据到内存中（这个过程称为换入）
所以，发现swap把系统的可用内存变大了。但要注意，通常只有在内存不足时，才会发送swap交换，并且由于磁盘读写的速度远比内存慢，swap会导致严重的内存性能问题
第三种方式OOM，是内核的一种保护机制，它监控进程的内存使用情况，并且使用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越大
一个进程消耗的内存越小，oom_score越小
这样，进程的oom_score越大，代表消耗的内存越大， 也就很容易被OOM掉，从而可以更好的保护系统
三. 查看内存使用情况的工具
1. 第一个查看内存的性能工具：free
free
free -h
free -m
total：总的内存大小
used：已使用内存的大小
free：未使用内存的大小
shared：共享内存的大小
buff/cache：缓存和缓冲区的大小
available：新进程可用内存的大小
注意：available不仅包含未使用的内存，还包括了可回收的缓存
2. top
上面可以看出free显示的是整个系统的内存使用情况，想要查看进程的内存使用情况，可以使用top或者ps等工具
这些输出，包含了进程最重要的几个内存使用情况
VIRT：进程虚拟内存的大小，只要是进程申请过的内存，即便还没有真正分配物理内存，也会计算在内
RES：常驻内存的大小，也就是进程实际使用的物理内存大小，但不包括swap和共享内存
SHR：共享内存的大小，比如与其他进程共同使用的共享内存，加载的动态链接库以及程序的代码段
%MEM：进程使用物理内存占系统总内存的百分比
需要注意：
(1) 虚拟内存通常并不会全部分配物理内存，从上面的输出，可以发现每个进程的虚拟内存都比常驻内存大得多
(2) 共享内存SHR也不一定是共享的，比如说，程序的代码段，非共享的动态链接库，也都算在SHR里面。当然，SHR也包括了进程间真正共享的内存，在计算多个进程的内存使用时，不要把所有进程的SHR直接相加得出结果
buff和cache：从字面上来说，buff是缓冲区，而cache是缓存，两者都是数据在内存中的临时存储，这两种有什么区别？
buff：是对原始磁盘块的临时存储，也就是用来缓存磁盘的数据，通常不会特别大（20MB左右）
cache：是从磁盘读取文件的页缓存，也就是用来缓存从文件读取的数据
两个问题：
(1) buff是磁盘读数据还是写数据的缓存？
(2) cache是对文件读数据的缓存，那么是不是也会缓存写文件的数据？
四. 场景案例
1. 场景一：磁盘和文件写案例
准备工作：先安装sysstat
(1) 先清理缓存，清理文件页，目录项，inodes等各种缓存
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches #通过proc文件系统修改内核行为，写入3表示清理文件，目录项，inodes等各种缓存
(2) 在第一个终端输入：vmstat 1
在输出界面中，内存部分的buff和cache，io的bi、bo是需要重点关注的，bi和bo分别表示块设备读取和写入的大小
(3) 在第二个终端执行dd命令，读取随机设备，生成一个200MB大小的文件。在第一个终端，观察buff和cache的变化情况
dd if=/dev/urandom of=/data/file bs=200M count=500
观察vmstat的输出，发现在dd命令运行时，cache在不停的增长，而buff没有变化
进一步观察I/O的情况，会看到在cache刚开始增长时，bi只出现了16KB/s，bo刚开始也很小，但是一下子会出现大量的快设备写入，bo达到40000以上
当dd命令结束后，cache不会增长，但块设备写入还会持续一段时间，并且多次I/O写的结果加起来，才是dd要写的500 x 200M的数据
通过案例，发现写文件时也会用到cache缓存数据，而写磁盘会用到buff来缓存数据