Go进程内存占用那些事（一）

为什么要探究这个问题？

作为基础设施供应商，自己的服务占用多少内存，为什么要占用这么多内存，需要能说的清楚。作为一个云计算开发，这点问题都弄不清楚，说不过去。

§ 0x01 范围

讨论的只限于Linux X86平台下，因为实用第一。内存页大小为4KiB。

目标：说清楚一个大型的Go进程内存消耗在了哪里。

Go具有自己的运行时，其内存构成比较复杂。想说清楚和容易理解，有些难度。先从较简单的C程序说起。

§ 0x02 先说普通的C程序

正常能写出的最简单的程序，没有任何依赖，当然用汇编写出来的。个人更喜欢AT&T风格的，如下:

.section .data
.section .text
.globl _start
_start:
movl $1, %eax
movl $5, %ebx
int $0x80

写个Makefile。

all: demo

demo: demo.o
    # ld -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -o $@.d -lc $<
    ld -static --no-dynamic-linker -o $@ -lc $<

demo.o: demo.s
    as -gstabs  -o $@ $<

clean:
    rm ./demo ./demo.o

简单说明下过程，通过as编译，然后通过ld进行链接，最终生成一个static link的二进制。它不依赖libc，在Linux下能做到的最小程序。

需要安装gcc和gas等组件。执行make后，生成一个demo的二进制。运行这个二进制，只有一个系统调用就是设置退出码。执行一下，并没有任何输出，因为它只设置了一个退出码。可以通过 echo $?进行确认。想进一步实验，可以改成别的退出码。

$ ./demo; echo $?
5

使用gdb调试下这个程序让它暂停住，看下它的内存占用。

ulin      7116  0.0  0.0    168    24 pts/13   t    09:17   0:00 /mnt/d/code/lean/go-memory/asm/demo

它的RSS值是24，单位是KiB，也就是说它个最小程序的内存占用是24KiB。

下面我们来探究下为什么最小的程序也会占用24KiB内存。进程是由二进制加载到内存中形成的，所以起点还是看二进制，也就是elf的组成。

通过readelf -S看到各段大小如下：

section	size(B)	说明
NULL	0	elf中规定的空置段，占了4KiB
.text 代码段	12	大小只有12B，但对齐后16B
.symtab 符号表	144	可以通过strip去除
.strtab 字符串表	25
.shstrtab	33

elf的布局如下：
通过readelf -a -W demo获取。

1. ELF header
2. Program header
3. sections
4. section Header table

区段	偏移	大小
ELF header	0	64
Program header	64	56 * 2 = 112
sections	176	4096 + 16 + 144 + 25 = 4281
section header table	4320	5 * 64 = 320

上各section中，只有.text和会加载到内存中。代码段只有12B，为什么进程的RSS是24KiB。

/proc/<pid>/smaps中有记载详细的内存布局，demo的具体内容摘要如下。先说下Pss与Rss的区别。

Rss是实际段大小，Pss是私有段大小。如果是一个.so文件，有其他进程共享，则Pss=Rss/N。实际占用的是所有段的Pss值之和。

段	Pss值	说明
00400000-00401000	4KiB	根据 Program Header看，应该是NULL段加载进来的。只读。
00401000-00402000	4KiB	代码段，rxp，可执行。根据 Program Header加载的。
7ffff7ff9000-7ffff7ffd000	4KiB	看注释应该是环境变量。只读。
7ffff7ffd000-7ffff7fff000	4KiB	vdso段，内核映射的伪so。
7ffffffdd000-7ffffffff000	8KiB	栈

刚好是24KiB大小。因为内存页的属性是按照最小单页的粒度，所以代码段不足4KiB，但也分配了4KiB。

§ 0x03 小结

我们探讨了最小C程序的内存占用，将其RSS的组成分析清楚了。整体的结论如下：

1. elf中的部分section会映射到进程的内存中。
2. 进程中最终的内存section由两种来源：

• 在Program Header中告诉加载器，把哪些字段加载到内存中，并设置对应的Flag。
• 加载器自己规定的共用的一些段，如vdso、栈、环境变量段。

疑问：为什么没有看到堆段（即heap）呢？猜测那是glibc规定的，目前我们用的是汇编实现的，不需要用堆。