⑴ linux內存機制（swap）
我們知道，直接從物理內存讀寫數據要比從硬碟讀寫數據要快的多，因此，我們希望所有數據的讀取和寫入都在內存完成，而內存是有限的，這樣就引出了物理內存與虛擬內存的概念。
物理內存就是系統硬體提供的內存大小，是真正的內存，相對於物理內存，在linux下還有一個虛擬內存的概念，虛擬內存就是為了滿足物理內存的不足而提出的策略，它是利用磁碟空間虛擬出的一塊邏輯內存，用作虛擬內存的磁碟空間被稱為交換空間（Swap Space）。
作為物理內存的擴展，linux會在物理內存不足時，使用交換分區的虛擬內存，更詳細的說，就是內核會將暫時不用的內存塊信息寫到交換空間，這樣以來，物理內存得到了釋放，這塊內存就可以用於其它目的，當需要用到原始的內容時，這些信息會被重新從交換空間讀入物理內存。
Linux的內存管理採取的是分頁存取機制，為了保證物理內存能得到充分的利用，內核會在適當的時候將物理內存中不經常使用的數據塊自動交換到虛擬內存中，而將經常使用的信息保留到物理內存。
要深入了解linux內存運行機制，需要知道下面提到的幾個方面：
Linux系統會不時的進行頁面交換操作，以保持盡可能多的空閑物理內存，即使並沒有什麼事情需要內存，Linux也會交換出暫時不用的內存頁面。這可以避免等待交換所需的時間。
Linux 進行頁面交換是有條件的，不是所有頁面在不用時都交換到虛擬內存，linux內核根據」最近最經常使用「演算法，僅僅將一些不經常使用的頁面文件交換到虛擬 內存，有時我們會看到這么一個現象：linux物理內存還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實，這並不奇怪，例如，一個佔用很大內存的進程運行時，需 要耗費很多內存資源，此時就會有一些不常用頁面文件被交換到虛擬內存中，但後來這個佔用很多內存資源的進程結束並釋放了很多內存時，剛才被交換出去的頁面 文件並不會自動的交換進物理內存，除非有這個必要，那麼此刻系統物理內存就會空閑很多，同時交換空間也在被使用，就出現了剛才所說的現象了。關於這點，不 用擔心什麼，只要知道是怎麼一回事就可以了。
交換空間的頁面在使用時會首先被交換到物理內存，如果此時沒有足夠的物理內存來容納這些頁 面，它們又會被馬上交換出去，如此以來，虛擬內存中可能沒有足夠空間來存儲這些交換頁面，最終會導致linux出現假死機、服務異常等問題，linux雖 然可以在一段時間內自行恢復，但是恢復後的系統已經基本不可用了。
因此，合理規劃和設計Linux內存的使用，是非常重要的.
在Linux 操作系統中，當應用程序需要讀取文件中的數據時，操作系統先分配一些內存，將數據從磁碟讀入到這些內存中，然後再將數據分發給應用程序；當需要往文件中寫 數據時，操作系統先分配內存接收用戶數據，然後再將數據從內存寫到磁碟上。然而，如果有大量數據需要從磁碟讀取到內存或者由內存寫入磁碟時，系統的讀寫性 能就變得非常低下，因為無論是從磁碟讀數據，還是寫數據到磁碟，都是一個很消耗時間和資源的過程，在這種情況下，Linux引入了buffers和 cached機制。
buffers與cached都是內存操作，用來保存系統曾經打開過的文件以及文件屬性信息，這樣當操作系統需要讀取某些文件時，會首先在buffers 與cached內存區查找，如果找到，直接讀出傳送給應用程序，如果沒有找到需要數據，才從磁碟讀取，這就是操作系統的緩存機制，通過緩存，大大提高了操 作系統的性能。但buffers與cached緩沖的內容卻是不同的。
buffers是用來緩沖塊設備做的，它只記錄文件系統的元數據（metadata）以及 tracking in-flight pages，而cached是用來給文件做緩沖。更通俗一點說：buffers主要用來存放目錄裡面有什麼內容，文件的屬性以及許可權等等。而cached直接用來記憶我們打開過的文件和程序。
為了驗證我們的結論是否正確，可以通過vi打開一個非常大的文件，看看cached的變化，然後再次vi這個文件，感覺一下兩次打開的速度有何異同，是不是第二次打開的速度明顯快於第一次呢？接著執行下面的命令：
find / -name .conf 看看buffers的值是否變化，然後重復執行find命令，看看兩次顯示速度有何不同。
上面這個60代表物理內存在使用40%的時候才會使用swap（參考網路資料：當剩餘物理內存低於40%（40=100-60）時，開始使用交換空間） swappiness=0的時候表示最大限度使用物理內存，然後才是 swap空間，swappiness＝100的時候表示積極的使用swap分區，並且把內存上的數據及時的搬運到swap空間裡面。
值越大表示越傾向於使用swap。可以設為0，這樣做並不會禁止對swap的使用，只是最大限度地降低了使用swap的可能性。
通常情況下：swap分區設置建議是內存的兩倍 （內存小於等於4G時），如果內存大於4G，swap只要比內存大就行。另外盡量的將swappiness調低，這樣系統的性能會更好。
B. 修改swappiness參數
永久性修改：
立即生效，重啟也可以生效。
一般系統是不會自動釋放內存的 關鍵的配置文件/proc/sys/vm/drop_caches。這個文件中記錄了緩存釋放的參數，默認值為0，也就是不釋放緩存。他的值可以為0~3之間的任意數字，代表著不同的含義：
0 – 不釋放 1 – 釋放頁緩存 2 – 釋放dentries和inodes 3 – 釋放所有緩存
前提：首先要保證內存剩餘要大於等於swap使用量，否則會宕機！根據內存機制，swap分區一旦釋放，所有存放在swap分區的文件都會轉存到物理內存上。通常通過重新掛載swap分區完成釋放swap。
a.查看當前swap分區掛載在哪？b.關停這個分區 c.查看狀態：d.查看swap分區是否關停，最下面一行顯示全 e.將swap掛載到/dev/sda5上 f.查看掛載是否成功
⑵ 內存管理：一文讀懂Linux內存組織結構及頁面布局
1、內存是什麼？
1) 內存又稱主存，是 CPU 能直接定址的存儲空間，由半導體器件製成；
2) 內存的特點是存取速率快，斷電一般不保存數據，非持久化設備；
2、內存的作用
1) 暫時存放 cpu 的運算數據
2) 硬碟等外部存儲器交換的數據
3) 保障 cpu 計算機的穩定性和高性能
1、linux 內存地址空間 Linux 內存管理全貌
2、內存地址——用戶態&內核態
3、內存地址——MMU 地址轉換
4、內存地址——分段機制
1) 段選擇符
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2) 分段實現
5、內存地址——分頁機制（32 位）
6、用戶態地址空間
7、內核態地址空間
8、進程內存空間
內存管理演算法 ——對討厭自己管理內存的人來說是天賜的禮物
1、內存碎片
1) 基本原理
2) 如何避免內存碎片
2、夥伴系統演算法——組織結構
1) 概念
2) 外部碎片
3、夥伴系統演算法——申請和回收
1) 申請演算法
2) 回收演算法
3) 條件
4、如何分配 4M 以上內存？
1) 為何限制大塊內存分配
2) 內核中獲取 4M 以上大內存的方法
5、夥伴系統——反碎片機制
1) 不可移動頁
2) 可回收頁
6、slab 演算法——基本原理
1) 基本概念
2) 內部碎片
7、slab 分配器的結構
詳細參考：
經典|圖解Linux內存性能優化核心思想
8、slab 高速緩存
1) 普通高速緩存
2) 專用高速緩存
9、內核態內存池
1) 基本原理
2) 內核 API
10、用戶態內存池
1) C++ 實例
11、DMA 內存
1) 什麼是 DMA
2) DMA 信號
out of memory 的時代過去了嗎？no，內存再充足也不可任性使用。
1、內存的使用場景
2、用戶態內存分配函數
a) 如果當前連續內存塊足夠 realloc 的話，只是將 p 所指向的空間擴大，並返回 p 的指針地址。這個時候 q 和 p 指向的地址是一樣的
b) 如果當前連續內存塊不夠長度，再找一個足夠長的地方，分配一塊新的內存，q，並將 p 指向的內容 到 q，返回 q。並將 p 所指向的內存空間刪除
3、內核態內存分配函數
4、malloc 申請內存
5、缺頁異常
6、用戶進程訪問內存分析
7、共享內存
1) 原理
2) shm 介面
1、C 內存泄露
2、C 野指針
3、C 資源訪問沖突
4、STL 迭代器失效
錯誤示例：刪除當前迭代器，迭代器會失效
正確示例：迭代器 erase 時，需保存下一個迭代器
5、C++ 11 智能指針
（1）原理分析：
（2）數據結構：
（3）使用方法：
6、C++ 11 更小更快更安全
六、 如何查看內存
可以通過 cat /proc/slabinfo 命令查看
可以通過 /proc/sys/vm/drop_caches來釋放
⑶ Linux 內核的內存管理 - 概念
Concepts overview — The Linux Kernel documentation
Linux中的內存管理是一個復雜的系統，經過多年的發展，它包含越來越多的功能，以支持從 MMU-less microcontrollers 到 supercomputers 的各種系統。
沒有MMU內存管理的系統被稱為 nommu ，它值得寫一份專門的文檔進行描述。
盡管有些概念是相同的，這里我們假設MMU可用，CPU可以將虛擬地址轉換為物理地址。
計算機系統中的物理內存是有限資源，即便支持內存熱插拔，其可以安裝的內存也有限的。物理內存不一定必須是連續的；它可以作為一組不同的地址范圍被訪問。此外，不同的CPU架構，甚至同架構的不同實現對如何定義這些地址范圍都是不同的。
這使得直接處理物理內存異常復雜，為了避免這種復雜性，開發了 虛擬內存 （virtual memory） 的概念。
虛擬內存從應用軟體中抽象出物理內存的細節，只允許在物理內存中保留需要的信息 （demand paging） ，並提供一種機制來保護和控制進程之間的數據共享。
通過虛擬內存，每次內存訪問都訪問一個 虛擬地址 。當CPU對從系統內存讀取（或寫入）的指令進行解碼時，它將該指令中編碼的虛擬地址轉換為內存控制器可以理解的物理地址。
物理內存被切分為 頁幀 page frames 或 頁 pages 。頁的大小是基於架構的。一些架構允許從幾個支持的值中選擇頁大小；此選擇在內核編譯時設置到內核配置。
每個物理內存頁都可以映射為一個或多個 虛擬頁（virtual pages） 。映射關系描述在 頁表（page tables） 中，頁表將程序使用的虛擬地址轉換為物理內存地址。頁表以層次結構組織。
最底層的表包含軟體使用的實際內存頁的物理地址。較高層的表包含較低層表頁的物理地址。頂層表的指針駐留在寄存器中。
當CPU進行地址轉換的時候，它使用寄存器訪問頂級頁表。
虛擬地址的高位，用於頂級頁表的條目索引。然後，通過該條目訪問下級，下級的虛擬地址位又作為其下下級頁表的索引。虛擬地址的最低位定義實際頁內的偏移量。
地址轉換需要多次內存訪問，而內存訪問相對於CPU速度來說比較慢。為了避免在地址轉換上花費寶貴的處理器周期，CPU維護著一個稱為 TLB （Translation Lookaside Buffer）的用於地址轉換緩存（cache）。通常TLB是非常稀缺的資源，需要大內存工作應用程序會因為TLB未命中而影響性能。
很多現代CPU架構允許頁表的高層直接映射到內存頁。例如，x86架構，可以通過二級、三級頁表的條目映射2M甚至1G內存頁。在Linux中，這些內存頁稱為 大頁 （Huge） 。大頁的使用顯著降低了TLB的壓力，提高了TLB命中率，從而提高了系統的整體性能。
Linux提供兩種機制開啟使用大頁映射物理內存。
第一個是 HugeTLB 文件系統，即 hugetlbfs 。它是一個偽文件系統，使用RAM作為其存儲。在此文件系統中創建的文件，數據駐留在內存中，並使用大頁進行映射。
關於 HugeTLB Pages
另一個被稱為 THP (Transparent HugePages) ，後出的開啟大頁映射物理內存的機制。
與 hugetlbfs 不同，hugetlbfs要求用戶和/或系統管理員配置系統內存的哪些部分應該並可以被大頁映射；THP透明地管理這些映射並獲取名稱。
關於 Transparent Hugepage Support
通常，硬體對不同物理內存范圍的訪問方式有所限制。某些情況下，設備不能對所有可定址內存執行DMA。在其他情況下，物理內存的大小超過虛擬內存的最大可定址大小，需要採取特殊措施來訪問部分內存。還有些情況，物理內存的尺寸超過了虛擬內存的最大可定址尺寸，需要採取特殊措施來訪問部分內存。
Linux根據內存頁的使用情況，將其組合為多個 zones 。比如， ZONE_DMA 包含設備用於DMA的內存， ZONE_HIGHMEM 包含未永久映射到內核地址空間的內存， ZONE_NORMAL 包含正常定址內存頁。
內存zones的實際層次架構取決於硬體，因為並非所有架構都定義了所有的zones，不同平台對DMA的要求也不同。
多處理器機器很多基於 NUMA （Non-Uniform Memory Access system - 非統一內存訪問系統 ）架構。 在這樣的系統中，根據與處理器的「距離」，內存被安排成具有不同訪問延遲的 banks 。每個 bank 被稱為一個 node ，Linux為每個 node 構造一個獨立的內存管理子系統。 Node 有自己的zones集合、free&used頁面列表，以及各種統計計數器。
What is NUMA?
NUMA Memory Policy
物理內存易失，將數據放入內存的常見情況是讀取文件。讀取文件時，數據會放入 頁面緩存（page cache） ，可以在再次讀取時避免耗時的磁碟訪問。同樣，寫文件時，數據也會被放入 頁面緩存 ，並最終進入存儲設備。被寫入的頁被標記為 臟頁（dirty page） ，當Linux決定將其重用時，它會將更新的數據同步到設備上的文件。
匿名內存 anonymous memory 或 匿名映射 anonymous mappings 表示沒有後置文件系統的內存。這些映射是為程序的stack和heap隱式創建的，或調用mmap（2）顯式創建的。通常，匿名映射只定義允許程序訪問的虛擬內存區域。讀，會創建一個頁表條目，該條目引用一個填充有零的特殊物理頁。寫，則分配一個常規物理頁來保存寫入數據。該頁將被標記為臟頁，如果內核決定重用該頁，則臟頁將被交換出去 swapped out 。
縱貫整個系統生命周期，物理頁可用於存儲不同類型的數據。它可以是內核內部數據結構、設備驅動DMA緩沖區、讀取自文件系統的數據、用戶空間進程分配的內存等。
根據內存頁使用情況，Linux內存管理會區別處理。可以隨時釋放的頁面稱為 可回收（reclaimable） 頁面，因為它們把數據緩存到了其他地方（比如，硬碟），或者被swap out到硬碟上。
可回收頁最值得注意的是 頁面緩存 和 匿名頁面 。
在大多數情況下，存放內部內核數據的頁，和用作DMA緩沖區的頁無法重用，它們將保持現狀直到用戶釋放。這樣的被稱為 不可回收頁（unreclaimable） 。
然而，在特定情況下，即便是內核數據結構佔用的頁面也會被回收。
例如，文件系統元數據的緩存（in-memory）可以從存儲設備中重新讀取，因此，當系統存在內存壓力時，可以從主內存中丟棄它們。
釋放可回收物理內存頁並重新調整其用途的過程稱為 (surprise!) reclaim 。
Linux支持非同步或同步回收頁，取決於系統的狀態。
當系統負載不高時，大部分內存是空閑的，可以立即從空閑頁得到分配。
當系統負載提升後，空閑頁減少，當達到某個閾值（ low watermark ）時，內存分配請求將喚醒 kswapd 守護進程。它將以非同步的方式掃描內存頁。如果內存頁中的數據在其他地方也有，則釋放這些內存頁；或者退出內存到後置存儲設備（關聯 臟頁 ）。
隨著內存使用量進一步增加，並達到另一個閾值- min watermark -將觸發回收。這種情況下，分配將暫停，直到回收到足夠的內存頁。
當系統運行時，任務分配並釋放內存，內存變得碎片化。
雖然使用虛擬內存可以將分散的物理頁表示為虛擬連續范圍，但有時需要分配大的連續的物理內存。這種需求可能會提升。例如，當設備驅動需要一個大的DMA緩沖區時，或當THP分配一個大頁時。
內存地址壓縮（compaction ） 解決了碎片問題。
該機制將佔用的頁從內存zone的下部移動到上部的空閑頁。壓縮掃描完成後，zone開始處的空閑頁就並在一起了，分配較大的連續物理內存就可行了。
與 reclaim 類似， compaction 可以在 kcompactd守護進程中非同步進行，也可以作為內存分配請求的結果同步進行。
在存在負載的機器上，內存可能會耗盡，內核無法回收到足夠的內存以繼續運行。
為了保障系統的其餘部分，引入了 OOM killer 。
OOM killer 選擇犧牲一個任務來保障系統的總體健康。選定的任務被killed，以期望在它退出後釋放足夠的內存以繼續正常的操作。
⑷ linux操作系統的主要特點
linux操作系統的主要特點：
1、共享內存頁面。在Linux下,多個進程可以使用同一個內存頁面,只有在某一個進程試圖對這個頁面進行寫操作時,Linux才將這個頁面復制到內存的另一塊區域。因此這個特點加快了程序運行的速度,還節約了寶貴的物理內存。
2、動態鏈接共享庫,Linux既可以使用靜態鏈接共享庫,也可提供動態鏈接共享庫功能。因此,可大大減少Linux應用程序所佔用的空間,如一個普通的應用程序使用靜態鏈接編譯時佔用2MB,而在使用動態鏈接編譯時可能佔用空間僅僅為50KB左右。
3、支持多個虛擬控制台,用戶可以在一個真實的控制台前登錄多個虛擬控制台,可以使用熱鍵在這些虛擬台之間切換。
4、提供全部源代碼。Linux最偉大的就是它的源代碼是免費公開的,這包括整個系統核心,所有的程序,開發工具包以及所有的應用程序。
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⑸ Linux中內存的頁面怎樣理解
分頁機制的首要作用是保護內核、隔離進程。其次才是以較小的內存運行遠超內存大小的程序。你問的交換空間、按需調入均屬於後者，這兩項功能對內核來說不是必須的，所以你應該先把前者搞懂。
其實我覺得這么說還是有點本末倒置，因為分頁是需要硬體支持的，換而言之分頁是某些CPU的一大賣點！你說製造商為啥要設計這樣一個功能還加價？為啥寫操作系統的人喜歡這種CPU？想明白這個問題就可以了。
PS:
1.INTEL 80386 PROGRAMMER'S REFERENCE MANUAL 1986,
Computer Systems: A Programmer's Perspective 都是不錯的讀物。
2.別被操作系統教材誤導了，它們所講的分段機制幾乎沒用，建議直接忽略。
3.造CPU和寫kernel是密不可分的，歷史包袱很多。
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