引 言: top命令作為Linux下最常用的效能分析工具之一，可以監控、收集程序的CPU、IO、記憶體使用情況。比如我們可以通過top命令獲得一個程序使用了多少虛擬記憶體（VIRT）、實體記憶體（RES）、共享記憶體（SHR）。

最近遇到一個諮詢問題，某產品做效能分析需要獲取程序佔用實體記憶體的實際大小（不包括和其他程序共享的部分），看似很簡單的問題，但經過研究分析後，發現背後有很多故事……

1 VIRT RES SHR的準確含義

三個記憶體指標，VRIT，RES，SHR準確含義是什麼？誰能告訴我們？MAN頁？Linux專家？SUSE工程師？Linus？誰能說出最正確答案？沒人！因為惟有原始碼才是最正確的答案。

那我們就去看下原始碼吧，這就是開源軟體的最大的好處。

首先這三個資料的源頭，肯定是核心，程序的相關資料結構肯定是由核心維護。那麼top作為一個使用者空間的程式，要想獲取核心空間的資料，就需要通過系統介面（API）獲取。而proc檔案系統是Linux核心空間和使用者空間交換資料的一個途徑，而且是非常重要的一種途徑，這點和windows更傾向於基於函式呼叫的形式不同。

當你呼叫系統函式read讀取一個普通檔案時，核心執行對應檔案系統的程式碼從磁碟傳送檔案內容給你。

當你呼叫系統函式read讀取一個 proc檔案時，核心執行對應的proc檔案系統的程式碼從核心的資料結構中傳送相關內容給你。proc檔案和磁碟沒有關係。只是系統介面而已。

而一個程序的相關資訊，Linux全部通過/proc/<pid>/內的檔案告訴了我們。

如下，你可以使用普通的檔案讀寫工具，比如cat獲取程序的各種資訊。這比函式呼叫的方式靈活多了、豐富多了。

回到我們的問題，top命令顯示的程序資訊，肯定也是通過proc獲取的，因為除此之外沒有其他途徑，沒有系統函式可以做這個事情，top也不可能越過使用者層直取核心獲取資料。

帶著以上資訊，很快就可以從top的原始碼中找到關鍵程式碼：

啊哈，statm檔案：

根據sscanf的順序，第一個值是VIRT，第二個值是RES，第三個值是SHR！

等等，好像數值對不上，top顯示的SHR

再來看一行關鍵程式碼：

statm顯示的是頁數，top顯示的是KB。X86下，一頁是4KB，86 * 4 = 344。這就對了！

於是乎，我們找到了最關鍵的入口，接下來按圖索驥，看看核心是怎麼產生statm檔案內容就可以了。~~

proc_pid_statm函式負責產生statm檔案內容，當你使用cat命令列印statm檔案時，核心中的這個函式會執行。

proc_pid_statm獲取程序的mm_struct資料結構，而這個資料結構就是程序的記憶體描述符，通過它可以獲取程序記憶體使用、對映的全部資訊。

     進一步考察task_statm函式，可以看到：

第一個值（VIRT）就是mm->total_vm，即程序虛存的總大小，這個比較清晰，只要程序申請了記憶體，無論是malloc還是堆疊還是全域性，都會計入這個值；

第二個值（RES）是mm->file_rss+mm->anon_rss；

第三個值（SHR）是mm->file_rss。

 RES要和SHR結合者看，核心把實體記憶體分為了兩部分，一部分是對映至檔案的，一部分是沒有對映至檔案的即匿名記憶體，完全和共不共享沒有關係！

但file_rss為什麼叫做shared呢？應該是一種指示性表述，表示這部分記憶體可能是共享的。但並不代表真正共享了。那麼到底哪些計入file_rss？通過查閱相關程式碼，發現（可能有遺漏）：

l 程式的程式碼段。

l 動態庫的程式碼段。

l 通過mmap做的檔案對映。

l 通過mmap做的匿名對映，但指明瞭MAP_SHARED屬性。

l 通過shmget申請的共享記憶體。

 即程序通過以上方式佔用的實體記憶體，計入file_rss，也就是top的SHR欄位。我們看到一般這些記憶體都是以共享方式存在。但如果某個動態庫只一個程序在使用，它的程式碼段就沒有被共享著。

反過來再來看anon_rss統計的內容，是否就一定是獨佔的？也不是，比如新fork之後的子程序，由於copy on write機制，在頁面被修改之前，和父程序共享。這部分值並不體現在top命令的SHR欄位內。

 綜上所述top命令顯示的SHR欄位，並不是準確描述了程序與其他程序共享使用的記憶體數量，是存在誤差的。 

那麼如何獲取程序準確的共享記憶體數量？

2 獲取程序準確的共享記憶體數量

我們注意到在描述程序資訊的proc/<pid>內，有一個smaps檔案，裡面展示了所有記憶體段的資訊，其中有Shared_Clean Shared_Dirty Private_Clean Private_Dirty:幾個欄位。

找到相關程式碼，可以看到，一個頁面如果對映數>=2計入Shared_* ； 如果=1計入Private_*。（髒頁計入*_Dirty，否則計入*_Clean）

     統計smaps檔案內所有段的Shared_*值的總和就是程序準確的共享記憶體數量！

     統計smaps檔案內所有段的Private_*值的總和就是程序準確的獨佔記憶體數量！

3 總結

通過以上分析，我們可以得到如下結論：

l top命令通過解析/proc/<pid>/statm統計VIRT和RES和SHR欄位值。

l VIRT是申請的虛擬記憶體總量。

l RES是程序使用的實體記憶體總和。

l SHR是RES中”對映至檔案”的實體記憶體總和。包括：

程式的程式碼段。

動態庫的程式碼段。

通過mmap做的檔案對映。

通過mmap做的匿名對映，但指明瞭MAP_SHARED屬性。

通過shmget申請的共享記憶體。

l /proc/<pid>/smaps內Shared_*統計的是RES中對映數量>=2的實體記憶體。

l /proc/<pid>/smaps內Private_*統計的是RES中對映數量=1的實體記憶體。