《Linux内存管理：实验驱动的深度探索》大纲
《Linux内存管理：实验驱动的深度探索》
——通过递进式实验与问题剖析，从入门到精通
第一部分：初探内存——基础概念与简单实验
目标：理解内存的基本行为，学会观察和提问
第1章 内存初体验：从"free命令"的疑问开始
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实验1：连续执行
free -h，为什么"available"内存会变化？ -
问题：buff/cache是什么？为什么Linux喜欢“浪费”内存？
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实验2：用
dd创建大文件，观察内存和cache的变化 -
核心收获：Linux的内存缓存机制
第2章 虚拟内存：为什么进程认为自己拥有全部内存？
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实验3：编写一个分配100GB内存的程序（但系统只有8GB）
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问题：为什么程序不崩溃？
mmap和malloc的区别？ -
实验4：用
pmap分析进程内存布局 -
核心收获：虚拟地址空间 vs 物理内存
第二部分：深入内存分配——从用户态到内核
目标：理解内存分配背后的机制，学会调试基础问题
第3章 malloc的真相：内存从何而来？
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实验5：用
strace追踪malloc(1024)的系统调用 -
问题：为什么有时候用
brk，有时候用mmap？ -
实验6：实现一个简易内存池（对比
malloc性能） -
核心收获：内存分配策略与碎片问题
第4章 缺页异常：内存的"懒加载"机制
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实验7：编写一个触发大量缺页的程序，用
perf统计缺页次数 -
问题：为什么
memset比循环赋值更快？ -
实验8：观察写时复制（COW）在
fork()中的行为 -
核心收获：按需分配与页面错误处理
第三部分：物理内存管理——伙伴系统与Slab
目标：理解内核如何管理物理内存，解决性能问题
第5章 伙伴系统：如何避免内存碎片？
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实验9：制造内存碎片，观察
/proc/buddyinfo变化 -
问题：为什么
GFP_ATOMIC可能失败，而GFP_KERNEL不会？ -
实验10：编写内核模块，尝试分配不同阶的内存块
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核心收获：物理内存的组织方式
第6章 Slab分配器：小对象的高效管理
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实验11：用
slabtop观察task_struct的缓存使用 -
问题：为什么
kmalloc(1024)比malloc(1024)快？ -
实验12：故意制造Slab泄漏，用
kmemleak检测 -
核心收获：对象缓存与内存池优化
第四部分：内存回收与Swap——当内存不足时
目标：理解内存回收机制，优化系统性能
第7章 kswapd与LRU：内存的"垃圾分类"
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实验13：用
vmstat 1观察kswapd的活动 -
问题：为什么
/proc/sys/vm/swappiness默认是60？ -
实验14：模拟内存压力，观察LRU链表变化
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核心收获：页面回收策略与调优
第8章 Swap：救命稻草还是性能杀手？
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实验15：用
dd创建Swap文件，测试极端内存压力 -
问题：为什么数据库通常禁用Swap？
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实验16：对比zswap/zram的性能差异
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核心收获：Swap的使用场景与优化
第五部分：高级主题——NUMA、cgroups与性能调优
目标：掌握生产环境中的内存优化技巧
第9章 NUMA：多CPU架构的内存挑战
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实验17：用
numactl绑定进程到特定节点 -
问题：为什么Redis在NUMA机器上性能下降？
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实验18：观察跨节点访问的性能损耗
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核心收获：NUMA优化策略
第10章 cgroups：内存的资源隔离
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实验19：用cgroup限制容器内存，触发OOM Killer
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问题：为什么
docker run -m不总是有效？ -
实验20：调整
memory.limit_in_bytes和oom_score_adj -
核心收获：容器内存限制与调优
第六部分：实战与调试——从问题到解决方案
目标：综合运用知识解决真实问题
第11章 内存泄漏排查实战
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案例1：用
valgrind抓用户态泄漏 -
案例2：用
kmemleak抓内核泄漏 -
案例3：用
bpftrace动态追踪内存分配
第12章 性能优化实战
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案例4：优化Java应用的GC参数
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案例5：调整透明大页（THP）提升数据库性能
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案例6：解决kswapd导致的CPU飙高
附录：实验速查表
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实验环境搭建：QEMU调试内核+Debian镜像
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常用命令速查：
free/vmstat/slabtop/perf -
调优参数大全：
swappiness/overcommit_memory/zone_reclaim_mode
本书特色
✅ 实验驱动：每个知识点配套可操作的实验
✅ 问题导向：从疑问出发，逐步深入
✅ 渐进式难度：从free命令到内核源码分析
✅ 真实案例：来自生产环境的经验与教训
适合读者：
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想彻底理解Linux内存的开发者
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被OOM、泄漏、性能问题困扰的运维
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喜欢动手实践的技术爱好者