解析进程 /proc/pid/maps 和 /proc/pid/smaps

目录

/proc//maps

背景

具体描述

代码实现

实践

/proc/pid/smaps

smaps各子项详解

代码实现

代码调用的路径如下：

小结

---

/proc/<pid>/maps

背景

相对于/proc/meminfo和dumpsys meminfo可以看到系统整体的内存信息，我们还需要能够具体到每一个进程内存占用统计的信息。

在分析内存问题的时候，会经常依赖kernel的proc文件系统下各个进程的文件节点，从中获取当前进程的详细内存信息，今天就来简单介绍一下比较常用的一个节点/proc/pid/maps

Proc/pid/maps显示进程映射了的内存区域和访问权限。对应内核中的操作集为proc_pid_maps_op，具体的导出函数为：show_map

内核中进程的一段地址空间用一个vm_area_struct结构体表示，所有地址空间存储在 ：struct task_struct -> struct mm_struct -> mmap链表中。

具体描述

如下为一个vm_area_struct结构体的描述，详解描述了一个虚拟内存区域的信息。

vm_area_struct

struct vm_area_struct {/* The first cache line has the info for VMA tree walking. */unsigned long vm_start;     /* Our start address within vm_mm. */               //区域的首地址unsigned long vm_end;       /* The first byte after our end address within vm_mm. */    //区域的尾地址/* linked list of VM areas per task, sorted by address *///该vma在一个进程的vma链表中的前驱vma和后驱vma指针，链表中的vma都是按地址来排序的struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;                           //vma表，下一个vma；vma表，上一个vmastruct rb_node vm_rb;                                       //红黑树中对应的节点/** Largest free memory gap in bytes to the left of this VMA.* Either between this VMA and vma->vm_prev, or between one of the* VMAs below us in the VMA rbtree and its ->vm_prev. This helps* get_unmapped_area find a free area of the right size.*/unsigned long rb_subtree_gap;/* Second cache line starts here. */struct mm_struct *vm_mm;    /* The address space we belong to. */               // 所属的内存描述符,vma属于哪个mm_structpgprot_t vm_page_prot;      /* Access permissions of this VMA. */               //vma的访问权限unsigned long vm_flags;     /* Flags, see mm.h. */                     /** For areas with an address space and backing store,* linkage into the address_space->i_mmap interval tree.** For private anonymous mappings, a pointer to a null terminated string* in the user process containing the name given to the vma, or NULL* if unnamed.*///shared联合体用于和address space关联union {struct {struct rb_node rb;unsigned long rb_subtree_last;} shared;const char __user *anon_name;};/** A file's MAP_PRIVATE vma can be in both i_mmap tree and anon_vma* list, after a COW of one of the file pages.  A MAP_SHARED vma* can only be in the i_mmap tree.  An anonymous MAP_PRIVATE, stack* or brk vma (with NULL file) can only be in an anon_vma list.*//*anno_vma_chain和annon_vma用于管理源自匿名映射的共享页*/struct list_head anon_vma_chain; /* Serialized by mmap_sem &* page_table_lock */ struct anon_vma *anon_vma;  /* Serialized by page_table_lock */             //指向匿名域的指针/*该vma上的各种标准操作函数指针集*/const struct vm_operations_struct *vm_ops;/* Information about our backing store: */unsigned long vm_pgoff;     /* 映射文件的偏移量，以PAGE_SIZE为单位 */struct file * vm_file;      /* 映射的文件，没有则为NULL;可以通过这个区分匿名页和文件页*/void * vm_private_data;     /* was vm_pte (shared mem) */#ifdef CONFIG_SWAPatomic_long_t swap_readahead_info;
#endif
#ifndef CONFIG_MMUstruct vm_region *vm_region;    /* NOMMU mapping region */
#endif
#ifdef CONFIG_NUMAstruct mempolicy *vm_policy;    /* NUMA policy for the VMA */
#endifstruct vm_userfaultfd_ctx vm_userfaultfd_ctx;
#ifdef CONFIG_SPECULATIVE_PAGE_FAULTseqcount_t vm_sequence;atomic_t vm_ref_count;      /* see vma_get(), vma_put() */
#endifANDROID_KABI_RESERVE(1);ANDROID_KABI_RESERVE(2);ANDROID_KABI_RESERVE(3);ANDROID_KABI_RESERVE(4);ANDROID_VENDOR_DATA(1);
} __randomize_layout;

下表为每一个用vm_area_struct描述的内存区域的具体信息，表格第一列的字段对应上面vm_area_struct结构体内部的一些成员。

vm_start	“-”前一列，如00377000	此段虚拟地址空间起始地址
vm_pgoff	第四列，如00000000	对有名映射，表示此段虚拟内存起始地址在文件中以页为单位的偏移。对匿名映射，它等于0或者vm_start/PAGE_SIZE
vm_flags	第三列，如r-xp	此段虚拟地址空间的属性。每种属性用一个字段表示，r表示可读，w表示可写，x表示可执行，p和s共用一个字段，互斥关系，p表示私有段，s表示共享段，如果没有相应权限，则用’-’代替
vm_file->f_dentry->d_inode->i_sb->s_dev	第五列，如fd:00	映射文件所属设备号。对匿名映射来说，因为没有文件在磁盘上，所以没有设备号，始终为00:00。对有名映射来说，是映射的文件所在设备的设备号
vm_file->f_dentry->d_inode->i_ino	第六列，如9176473	映射文件所属节点号。对匿名映射来说，因为没有文件在磁盘上，所以没有节点号，始终为00:00。对有名映射来说，是映射的文件的节点号
vm_end	“-”后一列，如00390000	此段虚拟地址空间结束地址
	第七列，如/system/bin/init	对有名来说，是映射的文件名。对匿名映射来说，是此段虚拟内存在进程中的角色。[stack]表示在进程中作为栈使用，[heap]表示堆。其余情况则无显示

具体的/proc/pid/maps文件实例：

vm_start  -vm_end vm_flags vm_pgoff f_entry                              映射的文件名/虚拟内存的作用
5567882000-55678b2000 r--p 00000000 fd:06 564                            /system/bin/init
55678b2000-556797b000 r-xp 00030000 fd:06 564                            /system/bin/init
556797b000-556797f000 r--p 000f9000 fd:06 564                            /system/bin/init
556797f000-5567980000 rw-p 000fc000 fd:06 564                            /system/bin/init
5567980000-5567981000 rw-p 00000000 00:00 0                              [heap]                                     //映射到堆
7f14800000-7f14c00000 rw-p 00000000 00:00 0                              [anon:libc_malloc]
7f14d22000-7f14d24000 rw-p 00000000 00:00 0
7f14d24000-7f15d22000 ---p 00000000 00:00 0
7f15d22000-7f15d23000 ---p 00000000 00:00 0
7f15d23000-7f15e1f000 rw-p 00000000 00:00 0                              [anon:stack_and_tls:508]
7f15e1f000-7f15e20000 ---p 00000000 00:00 0
7f15e20000-7f15e40000 rw-s 00000000 00:12 9778                           /dev/__properties__/properties_serial
7f15e40000-7f15e60000 rw-s 00000000 00:12 9777                           /dev/__properties__/u:object_r:wifi_prop:s0
7f15e60000-7f15e80000 rw-s 00000000 00:12 9776                           /dev/__properties__/u:object_r:wifi_log_prop:s0
7f15e80000-7f15ea0000 rw-s 00000000 00:12 9775                           /dev/__properties__/u:object_r:vold_prop:s0
7f15ea0000-7f15ec0000 rw-s 00000000 00:12 9774                           /dev/__properties__/u:object_r:vndk_prop:s0
7f15ec0000-7f15ee0000 rw-s 00000000 00:12 9773                           /dev/__properties__/u:object_r:virtual_ab_prop:s0
7f15ee0000-7f15f00000 rw-s 00000000 00:12 9772                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_zygote_disable_gl_preload:s0
7f15f00000-7f15f20000 rw-s 00000000 00:12 9771                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_wifienhancelog_prop:s0
7f15f20000-7f15f40000 rw-s 00000000 00:12 9770                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_touchfeature_prop:s0
7f15f40000-7f15f60000 rw-s 00000000 00:12 9769                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_thermal_normal_prop:s0
7f15f60000-7f15f80000 rw-s 00000000 00:12 9768                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_socket_hook_prop:s0
7f15f80000-7f15fa0000 rw-s 00000000 00:12 9767                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_slad_prop:s0
7f15fa0000-7f15fc0000 rw-s 00000000 00:12 9766                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_security_patch_level_prop:s0
7f15fc0000-7f15fe0000 rw-s 00000000 00:12 9765                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_ro_audio_prop:s0
7f15fe0000-7f16000000 rw-s 00000000 00:12 9764                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_payment_security_prop:s0
7f16000000-7f16020000 rw-s 00000000 00:12 9763                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_panel_info_prop:s0
7f16020000-7f16040000 rw-s 00000000 00:12 9762                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_mtkcam_prop:s0

代码实现

///proc/pid/maps节点的操作集；seq_operations序列操作
static const struct seq_operations proc_pid_maps_op = {.start  = m_start,.next   = m_next,.stop   = m_stop,.show   = show_map
};
show_map()
|   |->show_map_vma()
|   |   |->file_inode()
|   |   |->show_vma_header_prefix()
|   |   |   |->seq_file操作，遍历VMA的信息
|   |   |->arch_vma_name()

实践

编写能够可视化maps文件的工具

https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/10272466.html

/proc/pid/smaps

/proc/PID/smaps 文件是基于 /proc/PID/maps 的扩展，他展示了一个进程的内存消耗，比同一目录下的maps文件更为详细。

smaps文件能够将maps文件中展示的所有vma内存区都进行详细统计，输出更为详细的数据；

在maps文件中，只会输出每一个vma内存区域的起始/结束地址，属性，偏移量，主从设备号以及映射问文件等等，如下所示

5567882000-55678b2000 r--p 00000000 fd:06 564                            /system/bin/init
55678b2000-556797b000 r-xp 00030000 fd:06 564                            /system/bin/init
556797b000-556797f000 r--p 000f9000 fd:06 564                            /system/bin/init
556797f000-5567980000 rw-p 000fc000 fd:06 564                            /system/bin/init
5567980000-5567981000 rw-p 00000000 00:00 0                              [heap]
7f14800000-7f14c00000 rw-p 00000000 00:00 0                              [anon:libc_malloc]
7f14d22000-7f14d24000 rw-p 00000000 00:00 0
7f14d24000-7f15d22000 ---p 00000000 00:00 0
7f15d22000-7f15d23000 ---p 00000000 00:00 0
7f15d23000-7f15e1f000 rw-p 00000000 00:00 0                              [anon:stack_and_tls:508]
7f15e1f000-7f15e20000 ---p 00000000 00:00 0
7f15e20000-7f15e40000 rw-s 00000000 00:12 9778                           /dev/__properties__/properties_serial
7f15e40000-7f15e60000 rw-s 00000000 00:12 9777                           /dev/__properties__/u:object_r:wifi_prop:s0
7f15e60000-7f15e80000 rw-s 00000000 00:12 9776                           /dev/__properties__/u:object_r:wifi_log_prop:s0
7f15e80000-7f15ea0000 rw-s 00000000 00:12 9775                           /dev/__properties__/u:object_r:vold_prop:s0
7f15ea0000-7f15ec0000 rw-s 00000000 00:12 9774                           /dev/__properties__/u:object_r:vndk_prop:s0
7f15ec0000-7f15ee0000 rw-s 00000000 00:12 9773                           /dev/__properties__/u:object_r:virtual_ab_prop:s0
7f15ee0000-7f15f00000 rw-s 00000000 00:12 9772                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_zygote_disable_gl_preload:s0
7f15f00000-7f15f20000 rw-s 00000000 00:12 9771                           /dev/__properties__/u:object_r:vendor_wifienhancelog_prop:s0

但是smaps文件能够给每一个vma内存区域进行统计，在maps的基础上进行集成统计，显示的信息更加详细和直观

5567882000-55678b2000 r--p 00000000 fd:06 564                            /system/bin/init       //对应maps中的第一个vma内存区域
Size:                192 kB
KernelPageSize:        4 kB
MMUPageSize:           4 kB
Rss:                  64 kB
Pss:                  42 kB
Shared_Clean:         44 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:        20 kB
Private_Dirty:         0 kB
Referenced:           64 kB
Anonymous:             0 kB
LazyFree:              0 kB
AnonHugePages:         0 kB
ShmemPmdMapped:        0 kB
Shared_Hugetlb:        0 kB
Private_Hugetlb:       0 kB
Swap:                  0 kB
SwapPss:               0 kB
Locked:                0 kB
VmFlags: rd mr mw me dw
55678b2000-556797b000 r-xp 00030000 fd:06 564                            /system/bin/init       //对于maps文件中的第二个vma内存区域
Size:                804 kB
KernelPageSize:        4 kB
MMUPageSize:           4 kB
Rss:                 356 kB
Pss:                 261 kB
Shared_Clean:        148 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:       208 kB
Private_Dirty:         0 kB
Referenced:          356 kB
Anonymous:             0 kB
LazyFree:              0 kB
AnonHugePages:         0 kB
ShmemPmdMapped:        0 kB
Shared_Hugetlb:        0 kB
Private_Hugetlb:       0 kB
Swap:                  0 kB
SwapPss:               0 kB
Locked:                0 kB
VmFlags: rd ex mr mw me dw

smaps各子项详解

2.1 Size：虚拟内存空间大小。但是这个内存值不一定是物理内存实际分配的大小，因为在用户态上，虚拟内存总是延迟分配的。这个值计算也非常简单，就是该VMA的开始位置减结束位置。

 延迟分配就是当进程申请内存的时候，Linux会给他先分配页，但是并不会区建立页与页框的映射关系，意思就是说并不会分配物理内存，而当真正使用的时候，就会产生一个缺页异常，硬件跳转page fault处理程序执行，在其中分配物理内存，然后修改页表(创建页表项)。异                      常处理完毕，返回程序用户态，继续执行。

2.2 Rss：是实际分配的内存，这部分物理内存已经分配，不需要缺页中断就可以使用的。
这里有一个公式计算Rss：
Rss=Shared_Clean+Shared_Dirty+Private_Clean+Private_Dirty

share/private：该页面是共享还是私有。
dirty/clean：该页面是否被修改过，如果修改过（dirty），在页面被淘汰的时候，就会把该脏页面回写到交换分区（换出，swap out）。有一个标志位用于表示页面是否dirty。

share/private_dirty/clean 计算逻辑：
查看该page的引用数，如果引用>1，则归为shared，如果是1，则归为private，同时也查看该page的flag，是否标记为_PAGE_DIRTY，如果不是，则认为干净的。

2.3 Pss（proportional set size）：是平摊计算后的实际物理使用内存(有些内存会和其他进程共享，例如mmap进来的)。实际上包含下面private_clean+private_dirty，和按比例均分的shared_clean、shared_dirty。

举个计算Pss的例子：
如果进程A有x个private_clean页面，有y个private_dirty页面，有z个shared_clean仅和进程B共享，有h个shared_dirty页面和进程B、C共享。那么进程A的Pss为：
x + y + z/2 + h/3

2.4 Referenced：当前页面被标记为已引用或者包含匿名映射（The amount of memory currently marked as referenced or a mapping associated with a file may contain anonymous pages）。

在Linux内存管理的页面替换算法里讲过，当某个页面被访问后，Referenced标志被设置，如果该标志设置了，就 不能将该页移出。

2.5 Anonymous：匿名映射的物理内存，这部分内存不来自于文件的内存大小。

2.6 ShmemPmdMapped：PMD页面已经被映射的共享（shmem / tmpfs）内存量。在官方文档中，这样解释："ShmemPmdMapped" shows the ammount of shared (shmem/tmpfs) memory backed by huge pages.

2.7 Shared/Private_Hugetlb：由hugetlbfs页面支持的内存使用量，由于历史原因，该页面未计入“ RSS”或“ PSS”字段中。 并且这些没有包含在Shared/Private_Clean/Dirty 字段中。

2.8 Swap：存在于交换分区的数据大小(如果物理内存有限，可能存在一部分在主存一部分在交换分区)

2.9 SwapPss：这个我并没有找到对应解释，但从源码可以得知，计算逻辑就跟pss一样，只不过针对的是交换分区的内存。

2.10 KernelPageSize：内核一页的大小
2.11 MMUPageSize：MMU页大小，大多数情况下，和KernelPageSize大小一样。

2.12 Locked：常驻物理内存的大小，这些页不会被换出。相当于被锁住在物理内存中

2.13 THPeligible：映射是否符合分配THP的条件。如果为true，则为1，否则为0。 它仅显示当前状态。

THP，透明大页（Transparent Huge Pages），RHEL 6 开始引入，目的是使用更大的内存页面（memory page size） 以适应越来越大的系统内存，让操作系统可以支持现代硬件架构的大页面容量功能。与标准大页的区别在于分配机制，标准大页管理是预分配的方式，而透明大页管理则是动态分配的方式。

2.14 VmFlags：表示与特定虚拟内存区域关联的内核标志。

VmFlags

//VmFlags标志详解
rd  - readable
wr  - writeable
ex  - executable
sh  - shared
mr  - may read
mw  - may write
me  - may execute
ms  - may share
gd  - stack segment growns down
pf  - pure PFN range
dw  - disabled write to the mapped file
lo  - pages are locked in memory
io  - memory mapped I/O area
sr  - sequential read advise provided
rr  - random read advise provided
dc  - do not copy area on fork
de  - do not expand area on remapping
ac  - area is accountable
nr  - swap space is not reserved for the area
ht  - area uses huge tlb pages
ar  - architecture specific flag
dd  - do not include area into core dump
sd  - soft-dirty flag
mm  - mixed map area
hg  - huge page advise flag
nh  - no-huge page advise flag
mg  - mergable advise flag

代码实现

5567882000-55678b2000 r--p 00000000 fd:06 564                            /system/bin/init       //----------------------------------------------show_map_vma()//----------------------------------------------__show_smap()
Size:                192 kB
KernelPageSize:        4 kB
MMUPageSize:           4 kB
Rss:                  64 kB
Pss:                  42 kB
Shared_Clean:         44 kB
Shared_Dirty:          0 kB
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Private_Dirty:         0 kB
Referenced:           64 kB
Anonymous:             0 kB
LazyFree:              0 kB
AnonHugePages:         0 kB
ShmemPmdMapped:        0 kB
Shared_Hugetlb:        0 kB
Private_Hugetlb:       0 kB
Swap:                  0 kB
SwapPss:               0 kB
Locked:                0 kB
VmFlags: rd mr mw me dw                                                                         //---------------------------------------------show_smap_vma_flags()

代码调用的路径如下：

show_smap()|->smap_gather_stats                     //最重要的获取信息渠道，遍历vma下的所有page，并且找到他们的物理页，判断属于什么页|   |->mss->swap += shmem_swapped;|   |->walk_page_vma|   |   |->walk_p4d_range ->|   |   |   |->walk_pud_range ->|   |   |   |   |->walk_pmd_range ->      //因为这里只设置了pmd的回调，所以只会执行到  walk->pmd_entry(pmd, addr, next, walk);不会执行到pte_entry()|   |   |   |   |   ->walk_pte_range -> pte_entry()|->show_map_vma|   |->vma_get_anon_name|->__show_smap|->show_smap_vma_flags

小结

后续总结更多代码实现细节。