4.7.3 内存使用分析工具：free、vmstat、top、pmap
内存使用分析是性能调优的基础，目标是区分真实内存压力、缓存占用与进程级泄漏。本节围绕 free、vmstat、top、pmap 四类工具，建立从系统级到进程级的排查路径、示例与指标解读方法。
原理草图（系统级到进程级）：
安装与准备（多数发行版默认包含，缺失时安装）：
# Debian/Ubuntu
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y procps
# RHEL/CentOS/Rocky
sudo yum install -y procps-ng
# 验证
free --version
vmstat -V
top -v
pmap -V
free：快速查看总体内存与缓存结构
- 常用命令与解释：
free -h # 人类可读单位
free -m # 以 MB 显示，便于脚本处理
free -h -s 2 # 每 2 秒刷新一次
- 关键字段说明：
- total/used/free：总体、已用、空闲
- buff/cache：页缓存与内核缓存
- available：可用内存（真实压力判断首选）
- swap total/used/free：交换分区使用
- 示例输出与判读：
$ free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 31Gi 7.2Gi 1.1Gi 512Mi 22Gi 23Gi
Swap: 2.0Gi 128Mi 1.9Gi
# 判读：available 高、swap 低 -> 内存压力不大
vmstat：观察内存与调度的动态变化
- 常用命令与解释：
vmstat 1 10 # 每秒采样 10 次
vmstat -S M 1 5 # 以 MB 显示，便于观察
- 重点列：
- swpd：已使用 swap
- free/buff/cache：内存结构
- si/so：swap in/out，持续非零说明频繁换页
- r/b：运行/阻塞进程数，b 高可能是 I/O 或内存压力
- 示例输出与判读：
$ vmstat 1 3
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
2 0 131072 118000 12000 620000 10 15 200 180 600 1200 12 5 70 13 0
# 判读：si/so 持续非零 + swpd 增长 -> 发生换页，可能内存抖动
top：定位内存大户与实时趋势
- 常用命令与解释：
top # 进入后按 M 按内存排序，P 按 CPU 排序
top -p 1234 # 只看指定进程
- 关注字段：
- %MEM、RES（常驻内存）、VIRT（虚拟内存）
- SHR（共享内存）
- 示例说明：
# top 中 %MEM 持续上升且 RES 增长 -> 进程可能泄漏
# VIRT 很大但 RES 小 -> 可能是 mmap 或预留地址空间
pmap：进程级内存映射精细分析
- 常用命令与解释：
pmap -x 1234 | head -n 20 # 查看前 20 行
pmap -x 1234 | tail -n 5 # 查看汇总
- 关键列：
- total、rss、dirty
- 各段映射（heap、stack、anon、file）
- 示例输出与判读：
$ pmap -x 1234 | tail -n 5
total kB 1048576 512000 128000
# total: 虚拟内存总量
# rss: 常驻内存
# dirty: 脏页，持续增长可能为泄漏或写入频繁
排查路径（可执行流程）：
# 1) 系统级压力判断
free -h
# 2) 动态换页/抖动判断
vmstat 1 5
# 3) 定位内存大户
top -o %MEM
# 4) 进程段定位
PID=1234
pmap -x "$PID" | grep -E "heap|anon|stack" | head
常见问题与排错示例
1) free 显示 used 很高，但 available 很大
- 原因：页缓存占用，不是真实压力
- 处理：无需释放缓存，除非业务确实内存不足
free -h
# 观察 available 是否低于基线
2) vmstat si/so 持续非零，系统卡顿
- 排查：确认 swap 是否增长，是否有内存大户
vmstat 1 10
top -o %MEM
# 若 swap 持续上升，考虑优化应用内存或扩容
3) 进程 RES 持续增长
- 排查：pmap 查看 heap/anon 是否增长
PID=1234
pmap -x $PID | grep -E "heap|anon"
# 若 heap/rss 持续增长，结合应用日志和版本变更排查泄漏
4) pmap 输出过大难分析
- 处理：按段统计
pmap -x 1234 | awk 'NR>2 {sum[$6]+=$2} END{for(k in sum) print k, sum[k]"K"}'
# 统计各段占用
练习
1) 编写脚本，每 5 秒采集一次 free/available 与 swap used，连续 1 分钟。
2) 使用 vmstat 1 10，判断是否存在换页抖动，并记录 si/so。
3) 使用 top 找出前 3 个内存占用进程，并用 pmap 分析其中一个进程的 heap 与 anon 占用。
4) 模拟内存占用：运行 stress（若未安装请先安装），观察指标变化。
# Debian/Ubuntu
sudo apt-get install -y stress
# RHEL/CentOS
sudo yum install -y stress
# 启动 2 个进程占用内存 1G
stress --vm 2 --vm-bytes 512M --timeout 60s
# 观察
free -h
vmstat 1 5
top -o %MEM