06 内存（上）划分与组织内存

Posted 2023-04-25 xuan01

分段分页的问题：

表示方式和状态确定角度：段的长度和大小不一，页大小固定，只需用位图就能表示页的分配与释放；

内存碎片的利用：段的内存碎片会难以利用，页碎片可以利用修改页表的方式，让连续的虚拟页面映射到非连续的物理页面；

内存和硬盘的数据交换效率：遇到内存不足时系统会将一部分数据写回硬盘，释放内存，段的交换时间不一，页没有这个问题 ；

段最大的问题就是是的虚拟内存地址空间难于实施；因此选择页管理内存；4KB，也正好对应长模式下MMU 4KB的分页方式；

如何表示一个页：

 真实的物理页内存布局信息来源于：e820map_t 结构数组，在初始化时已经转换为phymmarge_t结构数组了；

若用位图表示页的话：低效，且信息能表示的少；我们还需要页的状态，页的地址，分配模式，类型，链表等，所以考虑用结构体实现；

msadsc_t 结构体；包括 内存空间地址描述符标志 msadflgs_t结构体， 物理地址和标志 phyadrflgs_t结构体；

内存区：

将多个页面划分为几个内存区，如硬件区、内核区、应用区；方便管理；

　　硬件区：0~32MB范围， 常见的网卡、AHCI、DMA方式，外部设备直接和内存交换数据，不通过CPU的MMU，且只能访问低于24MB的物理内存，所以就将这部分规定用作硬件区分配页；

　　内核区：内核也使用内存，运行在虚拟地址空间，需要有一段物理内存和虚拟地址空间是 线性映射关系；内核使用内存需要更大、连续的物理内存空间，就在这个区分配；

　　应用区：给应用用户态程序使用，系统并不会为应用一次性分配完所需的所有物理内存，而是按需分配，用到一页分配一页；；如果访问到一个没有与物理内存页建立映射关系的虚拟内存页，这时候CPU就会产生缺页异常，最终这个缺页异常由系统处理，系统会分配一个物理内存页，并建好映射关系；这是因为这种情况往往分配的是单个页面，所以为了给单个页面提供快捷的内存请求服务，就需要把离散的单页、或者是内核自身需要建好页表才可以访问的页面，统统收归用户区；；

表示内存区的结构：memarea_t 结构体，包括内存区开始地址和结束地址，里面有多少个物理页面，已经分配多少个物理页面；

接下来要把内存区数据结构 和 内存页面数据 结构关联起来；

组织内存页：

定义一个挂载msadsc_t 结构的数据结构 bafhlst_t 结构体，其中需要锁、状态、msadsc_t结构数量、挂载msadsc_t结构的链表、一些统计数据；

这个数据结构只是有了 挂载msadsc_t结构的地方， 形成了bafhlst_t 结构数组，并且把这个bafhlst_t 结构数组放在一个内存分割合并的数据结构中 memdivmer_t ；

　　分割：表示分配内存， 合并：释放内存；

其中 dm_mdmlielst 结构代表 bafhlsh_t 结构数组，挂载连续的 msadsc_t 结构数量 等于 这个数组下标值左移之后的值，最大值是51，因为2^51 * 2 ^ 12 = 2 ^ 63，对于64位系统，只需要这样的两个数组就能完整表示所有内存；这样做的意义：

　　1、内存对齐，提升CPU寻址速度 2、内存分配时，根据需求大小快速定位至少从哪一部分开始 3、内存分配时，并发加锁，分组可以提升效率 4、内存分配回收时，很多计算也更简单

　　我们并不在意其中第一个 msadsc_t结构数组对应的内存物理地址从哪里开始，但是第一个 msdasc_t 结构 与 最后一个msadsc_t 结构 ，它们之间的内存物理地址之间是连续的；

memarea_t 结构体 包含一个内存分割合并 memdivmer_t 结构，这个结构中又包含 dm_mdmlielst 数组； 数组中挂载了 msadsc_t  结构；

如下图：

 

JDK8中JVM堆内存划分

一：JVM中内存

JVM中内存通常划分为两个部分，分别为堆内存与栈内存，栈内存主要用运行线程方法

存放本地暂时变量与线程中方法运行时候须要的引用对象地址。

JVM全部的对象信息都

存放在堆内存中。相比栈内存，堆内存能够所大的多，所以JVM一直通过对堆内存划分

不同的功能区块实现对堆内存中对象管理。

堆内存不够最常见的错误就是OOM(OutOfMemoryError)

栈内存溢出最常见的错误就是StackOverflowError。程序有递归调用时候最easy发生

 

二：堆内存划分

在JDK7以及其前期的JDK版本号中。堆内存通常被分为三块区域Nursery内存(young 

generation)、长时内存(old generation)、永久内存(Permanent Generation for 

VM Matedata)，显演示样例如以下图：

当中最上一层是Nursery内存，一个对象被创建以后首先被放到Nursery中的Eden内

存中，假设存活期超两个Survivor之后就会被转移到长时内存中(Old Generation)中

永久内存中存放着对象的方法、变量等元数据信息。通过假设永久内存不够。我们

就会得到例如以下错误：

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen

而在JDK8中情况发生了明显的变化，就是普通情况下你都不会得到这个错误，原因

在于JDK8中把存放元数据中的永久内存从堆内存中移到了本地内存(native memory)

中，JDK8中JVM堆内存结构就变成了例如以下：

这样永久内存就不再占用堆内存。它能够通过自己主动增长来避免JDK7以及前期版本号中

常见的永久内存错误(java.lang.OutOfMemoryError: PermGen)，或许这个就是你的

JDK升级到JDK8的理由之中的一个吧。

当然JDK8也提供了一个新的设置Matespace内存

大小的參数。通过这个參数能够设置Matespace内存大小，这样我们能够依据自己

项目的实际情况，避免过度浪费本地内存，达到有效利用。

 

-XX:MaxMetaspaceSize=128m 设置最大的元内存空间128兆

 

注意：假设不设置JVM将会依据一定的策略自己主动添加本地元内存空间。

假设你设置的元内存空间过小，你的应用程序可能得到下面错误：

java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space

 

java1.8之前内存区域分为方法区、堆内存、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。 下图所示:

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。很多人都更愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation）。从jdk1.7已经开始准备“去永久代”的规划，jdk1.7的HotSpot中，已经把原本放在方法区中的静态变量、字符串常量池等移到堆内存中。

在jdk1.8中，永久代已经不存在，存储的类信息、编译后的代码数据等已经移动到了元空间（MetaSpace）中，元空间并没有处于堆内存上，而是直接占用的本地内存（NativeMemory）。

元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过以下参数来指定元空间的大小： 
　　-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。 
　　-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。 
　　除了上面两个指定大小的选项以外，还有两个与 GC 相关的属性： 
　　-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集 
　　-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集 

 

注意：如果不设置JVM将会根据一定的策略自动增加本地元内存空间。

如果你设置的元内存空间过小，你的应用程序可能得到以下错误：

java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space

 

在Java7之前，HotSpot虚拟机中将GC分代收集扩展到了方法区，使用永久代来实现了方法区。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。而在Java8中，已经彻底没有了永久代，将方法区直接放在一个与堆不相连的本地内存区域，这个区域被叫做元空间。 

 

常量池里存储着字面量和符号引用。

 符号引用包括：1.类的全限定名，2.字段名和属性，3.方法名和属性。

字符串池里的内容是在类加载完成，经过验证，准备阶段之后在堆中生成字符串对象实例，然后将该字符串对象实例的引用值存到string pool中（记住：string pool中存的是引用值而不是具体的实例对象，具体的实例对象是在堆中开辟的一块空间存放的。）。 在HotSpot VM里实现的string pool功能的是一个StringTable类，它是一个哈希表，里面存的是驻留字符串(也就是我们常说的用双引号括起来的)的引用（而不是驻留字符串实例本身），也就是说在堆中的某些字符串实例被这个StringTable引用之后就等同被赋予了”驻留字符串”的身份。这个StringTable在每个HotSpot VM的实例只有一份，被所有的类共享。

 

• 1.字符串池常量池在每个VM中只有一份，存放的是字符串常量的引用值,存放在堆中.
• 2.class常量池是在编译的时候每个class都有的，在编译阶段，存放的是常量的符号引用。
• 3.运行时常量池是在类加载完成之后，将每个class常量池中的符号引用值转存到运行时常量池中，也就是说，每个class都有一个运行时常量池，类在解析之后，将符号引用替换成直接引用，与全局常量池中的引用值保持一致。

 

 

JVM内存参数设置

堆内存设置

• 堆内存（总的）由 -Xms 和 -Xmx 分别设置最小和最大堆内存
• New Generation 由 -Xmn 设置，-XX:SurvivorRatio=m 设置 Eden和 两个Survivor区的大小比值；-XX:NewRatio=n 设置 New Generation 和 Old Generation 的大小比值。
• 每个线程的堆栈大小由 ·-Xss· 设置，JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

非堆内存设置

非堆内存由 -XX:PermSize=n 和 -XX:MaxPermSize=n 分别设置最小和最大非堆内存大小

 

原文链接：https://blog.csdn.net/xiaoliuliu2050/article/details/102701527