2021-2-25：对于 Java MMAP，如何查看文件映射脏页，如何统计MMAP的内存大小？

2022-10-31 13:53:56

我们写一个测试程序：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("./FileMmapTest.txt", "rw");
    FileChannel channel = randomAccessFile.getChannel();
    MappedByteBuffer []mappedByteBuffers = new MappedByteBuffer[5];

    //开5个相同文件的MappedByteBuffer，但是实际机器内存只有8G
    mappedByteBuffers[0] = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 2 * 1024 * 1024 * 1024 - 1);
    mappedByteBuffers[1] = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 2 * 1024 * 1024 * 1024 - 1);
    mappedByteBuffers[2] = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 2 * 1024 * 1024 * 1024 - 1);
    mappedByteBuffers[3] = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 2 * 1024 * 1024 * 1024 - 1);
    mappedByteBuffers[4] = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 2 * 1024 * 1024 * 1024 - 1);


    for (int j = 0; j < 2*1024*1024*1024 - 1; j++) {
        mappedByteBuffers[0].put("a".getBytes());
    }
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    byte []to = new byte[1];

    for (int j = 0; j < 2*1024*1024*1024 - 1; j++) {
        mappedByteBuffers[1].get(to);
        mappedByteBuffers[2].get(to);
        mappedByteBuffers[3].get(to);
        mappedByteBuffers[4].get(to);
    }

    while(true) {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    }
}

等到程序运行到最后的死循环的时候，我们来看top -c的结果：

KiB Mem :  7493092 total,   147876 free,  3891680 used,  3453536 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.  2845100 avail Mem 

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+                                                                                                                                                                                              
25458 zhangha+  20   0 14.147g 8.840g 8.599g S   0.0  124   2:33.16 java

可以观察到非常有意思的现象，这个进程占用了124%的内存，实际上Swap为0。总占用也没到100%。这是为什么呢？

我们来看下这个进程的smaps文件，这里进程号是25485，我们映射的文件是FileMmapTest.txt：

$ grep -A 11 FileMmapTest.txt  /proc/25458/smaps
7fa870000000-7fa8f0000000 rw-s 00000000 ca:01 25190272                   /home/zhanghaoxin/FileMmapTest.txt
Size:            2097152 kB
Rss:             2097152 kB
Pss:              493463 kB
Shared_Clean:    2097152 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:         0 kB
Referenced:      2014104 kB
Anonymous:             0 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
--
7fa8f0000000-7fa970000000 rw-s 00000000 ca:01 25190272                   /home/zhanghaoxin/FileMmapTest.txt
Size:            2097152 kB
Rss:             2097152 kB
Pss:              493463 kB
Shared_Clean:    2097152 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:         0 kB
Referenced:      2014104 kB
Anonymous:             0 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
--
7fa970000000-7fa9f0000000 rw-s 00000000 ca:01 25190272                   /home/zhanghaoxin/FileMmapTest.txt
Size:            2097152 kB
Rss:             2097152 kB
Pss:              493463 kB
Shared_Clean:    2097152 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:         0 kB
Referenced:      2014104 kB
Anonymous:             0 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
--
7fa9f0000000-7faa70000000 rw-s 00000000 ca:01 25190272                   /home/zhanghaoxin/FileMmapTest.txt
Size:            2097152 kB
Rss:             2097152 kB
Pss:              493463 kB
Shared_Clean:    2097152 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:         0 kB
Referenced:      2014104 kB
Anonymous:             0 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
--
7faa70000000-7faaf0000000 rw-s 00000000 ca:01 25190272                   /home/zhanghaoxin/FileMmapTest.txt
Size:            2097152 kB
Rss:              616496 kB
Pss:              123299 kB
Shared_Clean:     616496 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:         0 kB
Referenced:       616492 kB
Anonymous:             0 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB

其中比较重要的8个字段的含义分别如下：

Size：表示该映射区域在虚拟内存空间中的大小。
Rss：表示该映射区域当前在物理内存中占用了多少空间　
Pss：该虚拟内存区域平摊计算后使用的物理内存大小(有些内存会和其他进程共享，例如mmap进来的)。比如该区域所映射的物理内存部分同时也被另一个进程映射了，且该部分物理内存的大小为1000KB，那么该进程分摊其中一半的内存，即Pss=500KB。
Shared_Clean：和其他进程共享的未被改写的page的大小
Shared_Dirty：和其他进程共享的被改写的page的大小
Private_Clean：未被改写的私有页面的大小。
Private_Dirty：已被改写的私有页面的大小。
Swap：表示非mmap内存（也叫anonymous memory，比如malloc动态分配出来的内存）由于物理内存不足被swap到交换空间的大小。

我们可以看到，把这五个MappedByteBuffer的Pss加起来正好是2097151，就是我们映射的大小。可以推断出，我们这五个MappedByteBuffer在linux中的实现就是对应同一块内存。
同时，top命令看到的内存并不准，top，命令统计的是RSS字段，其实对于MMAP来说，更准确的应该是统计PSS字段

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