top命令VIRT,RES,SHR,DATA

VIRT：virtual memory usage 虚拟内存

1、进程“需要的”虚拟内存大小，包括进程使用的库、代码、数据等

2、假如进程申请100m的内存，但实际只使用了10m，那么它会增长100m，而不是实际的使用量

3、VIRT = SWAP + RES

RES：resident memory usage 常驻内存

1、进程当前使用的内存大小，但不包括swap out

2、包含其他进程的共享

3、如果申请100m的内存，实际使用10m，它只增长10m，与VIRT相反

4、关于库占用内存的情况，它只统计加载的库文件所占内存大小

5、RES = CODE + DATA

SHR：shared memory 共享内存

1、除了自身进程的共享内存，也包括其他进程的共享内存

2、虽然进程只使用了几个共享库的函数，但它包含了整个共享库的大小

3、计算某个进程所占的物理内存大小公式：RES – SHR

4、swap out后，它将会降下来

DATA

1、数据占用的内存。如果top没有显示，按f键可以显示出来。

2、真正的该程序要求的数据空间，是真正在运行中要使用的。

1 VIRT RES SHR的准确含义

剖析top命令显示的VIRT RES SHR值 - yalung - Y A L U N G

三个内存指标，VRIT，RES，SHR准确含义是什么？

那我们就去看下源码吧，这就是开源软件的最大的好处。

首先这三个数据的源头，肯定是内核，进程的相关数据结构肯定是由内核维护。那么top作为一个用户空间的程序，要想获取内核空间的数据，就需要通过系统接口（API）获取。而proc文件系统是Linux内核空间和用户空间交换数据的一个途径，而且是非常重要的一种途径，这点和windows更倾向于基于函数调用的形式不同。

当你调用系统函数read读取一个普通文件时，内核执行对应文件系统的代码从磁盘传送文件内容给你。

当你调用系统函数read读取一个 proc文件时，内核执行对应的proc文件系统的代码从内核的数据结构中传送相关内容给你。proc文件和磁盘没有关系。只是系统接口而已。

而一个进程的相关信息，Linux全部通过/proc/<pid>/内的文件告诉了我们。

如下，你可以使用普通的文件读写工具，比如cat获取进程的各种信息。这比函数调用的方式灵活多了、丰富多了。

回到我们的问题，top命令显示的进程信息，肯定也是通过proc获取的，因为除此之外没有其他途径，没有系统函数可以做这个事情，top也不可能越过用户层直取内核获取数据。

带着以上信息，很快就可以从top的源码中找到关键代码：

啊哈，statm文件：

根据sscanf的顺序，第一个值是VIRT，第二个值是RES，第三个值是SHR！

等等，好像数值对不上，top显示的SHR是344k，而statm给出的是86！

再来看一行关键代码：

statm显示的是页数，top显示的是KB。X86下，一页是4KB，86 * 4 = 344。这就对了！

于是乎，我们找到了最关键的入口，接下来按图索骥，看看内核是怎么产生statm文件内容就可以了。~~

proc_pid_statm函数负责产生statm文件内容，当你使用cat命令打印statm文件时，内核中的这个函数会执行。

proc_pid_statm获取进程的mm_struct数据结构，而这个数据结构就是进程的内存描述符，通过它可以获取进程内存使用、映射的全部信息。

进一步考察task_statm函数，可以看到：

第一个值（VIRT）就是mm->total_vm，即进程虚存的总大小，这个比较清晰，只要进程申请了内存，无论是malloc还是堆栈还是全局，都会计入这个值；

第二个值（RES）是mm->file_rss+mm->anon_rss；

第三个值（SHR）是mm->file_rss。

RES要和SHR结合者看，内核把物理内存分为了两部分，一部分是映射至文件的，一部分是没有映射至文件的即匿名内存，完全和共不共享没有关系！

但file_rss为什么叫做shared呢？应该是一种指示性表述，表示这部分内存可能是共享的。但并不代表真正共享了。那么到底哪些计入file_rss？通过查阅相关代码，发现（可能有遗漏）：

l 程序的代码段。

l 动态库的代码段。

l 通过mmap做的文件映射。

l 通过mmap做的匿名映射，但指明了MAP_SHARED属性。

l 通过shmget申请的共享内存。

即进程通过以上方式占用的物理内存，计入file_rss，也就是top的SHR字段。我们看到一般这些内存都是以共享方式存在。但如果某个动态库只一个进程在使用，它的代码段就没有被共享着。

反过来再来看anon_rss统计的内容，是否就一定是独占的？也不是，比如新fork之后的子进程，由于copy on write机制，在页面被修改之前，和父进程共享。这部分值并不体现在top命令的SHR字段内。

综上所述top命令显示的SHR字段，并不是准确描述了进程与其他进程共享使用的内存数量，是存在误差的。

那么如何获取进程准确的共享内存数量？

2 获取进程准确的共享内存数量

我们注意到在描述进程信息的proc/<pid>内，有一个smaps文件，里面展示了所有内存段的信息，其中有Shared_Clean Shared_Dirty Private_Clean Private_Dirty:几个字段。

找到相关代码，可以看到，一个页面如果映射数>=2计入Shared_* ；如果=1计入Private_*。（脏页计入*_Dirty，否则计入*_Clean）

统计smaps文件内所有段的Shared_*值的总和就是进程准确的共享内存数量！

统计smaps文件内所有段的Private_*值的总和就是进程准确的独占内存数量！

3 总结

通过以上分析，我们可以得到如下结论：

l top命令通过解析/proc/<pid>/statm统计VIRT和RES和SHR字段值。

l VIRT是申请的虚拟内存总量。

l RES是进程使用的物理内存总和。

l SHR是RES中”映射至文件”的物理内存总和。包括：

程序的代码段。

动态库的代码段。

通过mmap做的文件映射。

通过mmap做的匿名映射，但指明了MAP_SHARED属性。

通过shmget申请的共享内存。

l /proc/<pid>/smaps内Shared_*统计的是RES中映射数量>=2的物理内存。

l /proc/<pid>/smaps内Private_*统计的是RES中映射数量=1的物理内存。

top 运行中可以通过 top 的内部命令对进程的显示方式进行控制。内部命令如下：

s – 改变画面更新频率

l – 关闭或开启第一部分第一行 top 信息的表示

t – 关闭或开启第一部分第二行 Tasks 和第三行 Cpus 信息的表示

m – 关闭或开启第一部分第四行 Mem 和第五行 Swap 信息的表示

N – 以 PID 的大小的顺序排列表示进程列表

P – 以 CPU 占用率大小的顺序排列进程列表

M – 以内存占用率大小的顺序排列进程列表

h – 显示帮助

n – 设置在进程列表所显示进程的数量

q – 退出 top

s – 改变画面更新周期

序号列名含义

a PID 进程id

b PPID 父进程id

c RUSER Real user name

d UID 进程所有者的用户id

e USER 进程所有者的用户名

f GROUP 进程所有者的组名

g TTY 启动进程的终端名。不是从终端启动的进程则显示为 ?

h PR 优先级

i NI nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级

j P 最后使用的CPU，仅在多CPU环境下有意义

k %CPU 上次更新到现在的CPU时间占用百分比

l TIME 进程使用的CPU时间总计，单位秒

m TIME+ 进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒

n %MEM 进程使用的物理内存百分比

o VIRT 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES

p SWAP 进程使用的虚拟内存中，被换出的大小，单位kb。

q RES 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA

r CODE 可执行代码占用的物理内存大小，单位kb

s DATA 可执行代码以外的部分(数据段+栈)占用的物理内存大小，单位kb

t SHR 共享内存大小，单位kb

u nFLT 页面错误次数

v nDRT 最后一次写入到现在，被修改过的页面数。

w S 进程状态。（D=不可中断的睡眠状态，R=运行，S=睡眠，T=跟踪/停止，Z=僵尸进程）

x COMMAND 命令名/命令行

y WCHAN 若该进程在睡眠，则显示睡眠中的系统函数名

z Flags 任务标志，参考 sched.h

默认情况下仅显示比较重要的 PID、USER、PR、NI、VIRT、RES、SHR、S、%CPU、%MEM、TIME+、COMMAND 列。可以通过下面的快捷键来更改显示内容。

通过 f 键可以选择显示的内容。按 f 键之后会显示列的列表，按 a-z 即可显示或隐藏对应的列，最后按回车键确定。

按 o 键可以改变列的显示顺序。按小写的 a-z 可以将相应的列向右移动，而大写的 A-Z 可以将相应的列向左移动。最后按回车键确定。

按大写的 F 或 O 键，然后按 a-z 可以将进程按照相应的列进行排序。而大写的 R 键可以将当前的排序倒转。

测试如下：

一）

[cpp]  view plain  copy
#include <iostream>  
  
int main()  
{  
    char * p = new char [1024*1024*512];  
    getchar();  
    return 0;  
}  

top结果如下：

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND

401 huyiyang 17 0 523m 916 792 S 0.0 0.0 0:00.00 ./main

VIRT包含了new出来的512MB空间，但是RES不包含该空间。即刚new出来的空间，如果没有使用，会放入SWAP中，并不在内容中真实的分配物理内存。

二）

[cpp]  view plain  copy
#include <iostream>  
  
int main()  
{  
    char * p = new char [1024*1024*512];  
    memset(p, 0, 1024*1024*512);  
    getchar();  
    return 0;  
}  

top结果如下：

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND

32604 test 17 0 523m 512m 792 S 0.0 26.2 0:00.33 ./main

VIRT包含new出来的512MB空间，RES包含目前使用的memset的512M空间。即new出来的空间被使用后，会真实分配物理内存。

三）

[cpp]  view plain  copy
#include <iostream>  
  
int main()  
{  
    char * p = new char [1024*1024*512];  
    memset(p + 1024*1024*128, 0, 1024*1024*128);  
    getchar();  
    return 0;  
}  

top结果如下：
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
456 test 17 0 523m 128m 792 S 0.0 6.6 0:00.07 ./main

VIRT包含new出来的512MB空间，RES包含目前使用的memset的128M空间。即new出来的空间，如果只使用部分，则只分配部分物理内存。

四）

[cpp]  view plain  copy
#include <iostream>  
  
int main()  
{  
    char p[1024*1024*10];  
    getchar();  
    return 0;  
}  

top结果如下：
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND

544 test 17 0 21568 884 760 S 0.0 0.0 0:00.00 ./main

没有使用的栈空间，VIRT会包含（没有使用的栈空间会在SWAP中）。

五）

[cpp]  view plain  copy
#include <iostream>  
  
int main()  
{  
    char p[1024*1024*10];  
    memset(p, 0, 1024*1024*10);  
    getchar();  
    return 0;  
}  

top结果如下：

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND

561 test 17 0 21568 10m 760 S 0.0 0.6 0:00.00 ./main

已经使用的栈空间，VIRT和RES都会包含。

六）

[cpp]  view plain  copy
#include <iostream>  
  
int main()  
{  
    char ** pp = new char * [1024];  
    for(int i=0;i<1024;i++)  
    {  
        pp[i] = new char [1024*1024*512];  
        memset(pp[i], 0, 1024*1024*512);  
        printf("p%d\n", i);  
        getchar();  
    }  
    return 0;  
}  