Linux内存泄漏测试demo仅VIRT增长、RES无上升原因咨询

核心原因：Linux的「按需分配物理页」机制 #

你观察到的现象是Linux内存管理的默认行为，相关知识点如下：

• 虚拟地址和物理内存是分离的，分配虚拟地址≠分配物理内存
  你调用malloc/calloc时，libc和内核只给你的进程预留了一段连续的虚拟地址空间，体现在top的VIRT指标增长。此时内核根本没有给这段地址绑定任何物理内存页，只有当你首次读写这段地址的某一页时，才会触发缺页中断，内核才会真正分配物理页并绑定到对应的虚拟地址上，这时候RES（常驻内存）才会增长。
• calloc的零页优化进一步推迟了物理页分配
  因为calloc要求返回的内存全为0，Linux内核专门设置了一个全局的只读「零页」，所有刚通过calloc分配、还未被写入的内存，都会先映射到这个共享零页上。哪怕你读这段内存，内核也只会给你返回这个共享页的内容，不会分配新的物理页，只有你执行写入操作时，才会触发写时复制（COW）分配单独的物理页。
• 你遇到的SIGSEGV原因
  当你取消注释访问数组的代码后，每分配一段内存就会触发对应页的物理内存分配，当总分配量超过物理内存+交换分区的总容量时，内核无法再分配新的物理页，就会给进程发送SIGSEGV信号终止访问。

调整测试程序的方案 #

如果你要让内存分配真实占用物理内存，只需要在分配后给每一个内存页至少写入1个字节即可，示例修改如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
        size_t mbs = 32;
        long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE); // 获取系统页大小，默认4096字节
        char * leak;
        while (1)
        {
                leak = malloc(1024 * 1024 * mbs * sizeof(char));
                if (!leak) {
                    perror("malloc failed");
                    break;
                }
                // 遍历每个页写入1字节，触发物理内存分配
                for (size_t i = 0; i < 1024 * 1024 * mbs; i += page_size) {
                    leak[i] = 0;
                }
                printf("%9lu MiB allocated at address %p.", mbs, leak);
                printf(" Press enter to double them.");
                getchar();
                mbs *= 2;
        }
}

运行修改后的程序，你就能看到RES指标随着分配量同步增长了。

额外提示：limits.conf内存限制的注意事项 #

现代Linux内核已经废弃了limits.conf中rss项的物理内存限制功能，如果你要按用户维度限制实际物理内存使用，更稳妥的方案是通过cgroup实现。limits.conf中目前仍生效的内存相关限制是as，它限制的是进程的最大虚拟地址空间大小。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Patrizio Bertoni