内存管理及优化

CPU Cache

• L1d cache: 32K
• L1i cache: 32K
• L2 cache: 256K
• L3 cache: 12288K

核心概念

• 主存中获取顺序：L1 → L2 → L3 → 主存
• Cache Hit：程序运行时在缓存中的命中比率
• Cache Miss：缓存未命中率
  • _冷丢失_：首次运行程序需读取缓存
  • _空间原因_：缓存已满，需按访问热度置换数据（如LRU算法）

关键问题

Q1: CPU多核心的缓存内容是否一致？
A: 通过MESI协议保证一致性：

• M（Modified）
• E（Exclusive）
• S（Shared）
• I（Invalid）
• 机制：Cache Line Fill（缓存填充）、Cache Snoop（嗅探）

Q2: CPU Cache修改数据后是否写入主存？
A: 需写入，策略分为：

• 直写式：Cache变化后立即写入主存
• 回写式：仅在Cache位置被新数据覆盖时写入

缓存与主存映射方式

1. 直接映射
2. 全映射
3. 组映射：将Cache与内存分组，提升查找效率

应用程序性能测试

[root@workstation ~]# lab cputuning-cpucache start
[root@servera ~]# yum -y install valgrind
[root@servera ~]# valgrind --tool=cachegrind cache1
[root@servera ~]# valgrind --tool=cachegrind cache2

内存管理

虚拟内存与物理内存

• 最小单位：Page（页）
  • Page Size: 4KB
  • 查看页大小：

[root@servera ~]# getconf -a | grep -i pagesize
PAGESIZE 4096

• 地址转换：
  • 物理地址空间：43位（x86架构支持4GiB）
  • 虚拟地址空间：48位（256TB）
  • 转换机制：MMU（内存管理单元）

内存状态与回收

• 内存页状态：
  1. Free：空闲可分配
  2. Inactive Clean：已同步到磁盘 buff/cache
  3. Inactive Dirty：未同步脏数据（需sync强制回收） /proc/meminfo 中的 Dirty
  4. Active：使用中不可分配
• 查看内存信息：

查看内存页状态：
[root@servera ~]# cat /proc/meminfo | grep -E "Dirty|Inactive|Active"
[root@servera ~]# cat /proc/meminfo | grep Dirty    查看脏数据
[root@servera ~]# sysctl -a | grep dirty            
vm.dirty_expire_centisecs = 3000  # 单位：1/100秒

释放
[root@servera ~]# sync && sysctl -w vm.drop_caches=3

大页（HugePage）

• 配置：

[root@servera ~]# cat /proc/meminfo | grep Huge
Hugepagesize: 2048 kB
[root@servera ~]# echo "vm.nr_hugepages = 10" >> /etc/sysctl.conf
[root@servera ~]# sysctl -p

其他

• IO整合测试：

[root@servera ~]# dd if=/dev/zero of=/tmp/test1 bs=2k count=102400 oflag=direct
使用这条命令 cat /proc/meminfo | grep Dirty 没有脏数据