【操作系统】深入理解内存管理：从虚拟内存到OOM Killer

引言

在现代计算机系统中，内存管理是操作系统最核心的功能之一。本文将围绕内存管理的几个关键概念展开讨论，包括虚拟内存机制、内存分配原理、OOM Killer的工作机制以及不同系统架构下的内存限制。

虚拟内存：突破物理限制的关键技术

虚拟内存的核心原理

1. 地址空间抽象化：每个程序运行在独立的虚拟地址空间中
2. 分页机制：内存被划分为固定大小的块（通常为4KB的页）
3. 按需调页：程序启动时仅加载必要页面
4. 交换机制：当物理内存不足时，将最近未使用的页面移至磁盘

为什么虚拟内存能突破物理限制？

1. 时间局部性原理：程序通常不会同时使用所有内存
2. 空间局部性原理：程序倾向于集中访问某些内存区域
3. 透明性：程序无需感知数据在内存还是磁盘

内存分配实践：当申请超过物理内存时

Linux系统的行为

1. 默认允许过量申请
2. 实际使用时先占用物理内存
3. Swap不足时触发OOM Killer

Windows系统的行为

1. 更保守的策略
2. 物理内存+分页文件不足时可能直接失败

OOM Killer：内存耗尽时的守护者

OOM Killer的选择逻辑

1. 内存占用
2. 进程重要性
3. 运行时间
4. 用户权限

为什么MySQL经常成为牺牲品？

1. 默认占用大量内存
2. 未调整优先级
3. 长时间运行

32位与64位系统的内存限制

32位系统的4GB壁垒

1. 理论限制：32位地址空间最多寻址4GB
2. 实际可用：通常只有3GB左右

64位系统的巨大优势

1. 理论寻址能力：2^64=16EB
2. 实际限制：现代CPU通常支持48位物理地址

内存交换（Swap）的配置与管理

默认情况

1. Linux：多数发行版自动创建Swap
2. Windows：默认开启分页文件
3. macOS：默认使用动态Swap文件

手动配置Swap（Linux）

1. 创建Swap文件：

   sudo fallocate -l 4G /swapfile
   sudo chmod 600 /swapfile
   sudo mkswap /swapfile
   sudo swapon /swapfile
   

2. 永久生效：

   echo '/swapfile none swap sw 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab
   

3. 调整swappiness：

   sudo sysctl vm.swappiness=10
   

最佳实践建议

1. 合理设置内存限制
2. 监控内存使用
3. 优化关键服务
4. 根据负载配置Swap
5. 64位系统对于大内存应用是必须的