linux內存操作

『壹』 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

『貳』 Linux內存系統

維基網路——虛擬內存定義

All about Linux swap space

Linux將物理RAM （Random Access Memory） 劃分為稱為頁面的內存塊。交換是將一頁內存復制到硬碟上的預配置空間（稱為交換空間）以釋放改內存頁面上的過程。物理內存和交換空間的組合就是可用的虛擬內存量。

虛擬內存的那點事兒

進程是與其他進程共享CPU和內存資源的。為了有效的管理內存並減少出錯，現代操作系統提供了一種對主存的抽象概念，即：虛擬內存（ Virtual Memory ）。 虛擬內存為每個進程提供一個一致的，私有的地址空間，每個進程擁有一片連續完整的內存空間。

正如 維基網路 所說，虛擬內存不只是「使用硬碟空間來擴展內存」的技術。 虛擬內存的重要意義是它定義了一個連續的虛擬地址空間， 使得程序編寫難度降低。並且， 把內存擴展到硬碟空間只是使用虛擬內存的必然結果，虛擬內存空間會存在硬碟中，並且會被全部放入內存中緩沖（按需），有的操作系統還會在內存不夠的情況下，將一進程的內存全部放入硬碟空間中，並在切換到進程時再從硬碟讀取 （這也是Windows會經常假死的原因...）。

虛擬內存主要提供了如下三個重要的能力：

內存通常被組織為一個由M個連續的位元組大小的單元組成的數組。每個位元組都有一個唯一的物理地址 （Physical Address PA） ，作為到數組的索引。

CPU訪問內存最簡單直接的方法就是使用物理地址，這種定址方式稱為 物理定址 。

現代計算機使用的是一種被稱為虛擬定址 （Virtual Addressing） 的定址方式。 使用虛擬定址，CPU需要將虛擬地址翻譯成物理地址，這樣才能訪問到真實的物理內存。

虛擬定址需要硬體與操作系統之間相互合作。 CPU中含有一個被稱為內存管理單元 （Memory Management Unit，MMU） 的硬體，它的功能是將虛擬地址轉換稱為物理地址，MMU需要藉助存放在內存中的 頁表 來動態翻譯虛擬地址，該頁表由操作系統管理。

分頁表是一種數據結構，它用於計算機操作系統中虛擬內存系統，其存儲了虛擬地址到物理地址之間的映射。虛擬地址在訪問進程中是唯一的，而物理地址在硬體（比如內存）中是唯一的。

在操作系統中使用 虛擬內存 ，每個進程會認為使用一塊大的連續的內存，事實上，每個進程的內存散布在 物理內存 的不同區域。或者可能被調出到備份存儲中（一般是硬碟）。當一個進程請求自己的內存，操作系統負責把程序生成的虛擬地址，映射到實際存儲的物理內存上。操作系統在 分頁表 中存儲虛擬地址到物理地址的映射。每個映射被稱為 分頁表項（page table entry ,PTE） 。

在一個簡單的地址空間方案中，由虛擬地址定址的頁與物理內存中的幀之間的關系。物理內存可以包含屬於許多進程的頁。如果不經常使用，或者物理內存已滿，可以將頁面分頁到磁碟。在上圖中，並非所有頁面都在物理內存中。

虛擬地址到物理地址的轉換（即虛擬內存的管理）、內存保護、CPU高速緩存的控制。

現代的內存管理單元是以 頁 的方式，分割虛擬地址空間（處理器使用的地址范圍）的；頁的大小是2的n次方，通常為幾KB（位元組）。地址尾部的n位（頁大小的2的次方數）作為頁內的偏移量保持不變。其餘的地址位（address）為（虛擬）頁號。

內存管理單元通常藉助一種叫做轉譯旁觀緩沖器（Translation Lookaside Buffer，TLB）和相聯高速緩存來將虛擬頁號轉換為物理頁號。當後備緩沖器中沒有轉換記錄時，則使用一種較慢的機制，其中包括專用硬體的數據結構或軟體輔助手段。這個數據結構稱為 分頁表 ，頁表中的數據叫做 分頁表項 （page table entry PTE）。物理頁號結合頁偏移量便提供了完整的物理地址。

頁表 或 轉換後備緩沖器數據項應該包括的信息有：

有時候，TLB和PTE會 禁止對虛擬頁訪問 ，這可能是因為沒有RAM與虛擬頁相關聯。如果是這種情況，MMU將向CPU發出頁錯誤的信號，操作系統將進行處理，也許會尋找RAM的空白幀，同時建立一個新的PTE將之映射到所請求的虛擬地址。如果沒有空閑的RAM，可能必須關閉一個已經存在的頁面，使用一些替換演算法，將之保存到磁碟中（這被稱為頁面調度）。

當需要將虛擬地址轉換為物理地址時，首先搜索TLB，如果找到匹配（TLB）命中，則返回物理地址並繼續存儲器訪問。然而，如果沒有匹配（稱為TLB未命中），則MMU或操作系統TLB未命中處理器通常會查找 頁表 中的地址映射以查看是否存在映射（頁面遍歷），如果存在，則將其寫回TLB（這必須完成，因為硬體通過虛擬存儲器系統中的TLB訪問存儲器），並且重啟錯誤指令（這也可以並行發生）。此後續轉換找到TLB命中，並且內存訪問將繼續。

虛擬地址到物理地址的轉換過程，如果虛擬內存不存在與TLB，轉換會被重置並通過分頁表和硬體尋找。

通常情況下，用於處理此中斷的程序是操作系統的一部分。如果操作系統判斷此次訪問有效，那麼 操作系統會嘗試將相關的分頁從硬碟上的虛擬內存文件調入內存。 而如果訪問是不被允許的，那麼操作系統通常會結束相關的進程。

雖然叫做「頁缺失」錯誤，但實際上這並不一定是一種錯誤。而且這一機制是利用虛擬內存來增加程序可用內存空間。

發生這種情況的可能性：

當原程序再次需要該頁內的數據時，如果這一頁確實沒有被分配出去，那麼系統只需要重新為該頁在MMU內注冊映射即可。

操作系統需要：

硬性頁缺失導致的性能損失是很大的。
另外，有些操作系統會將程序的一部分延遲到需要使用的時候再載入入內存執行，以此提升性能。這一特性也是通過捕獲硬性頁缺失達到的。

當硬性頁缺失過於頻繁發生時，稱發生 系統顛簸。

具體動作與所使用的操作系統有關，比如Windows會使用異常機制向程序報告，而類Unix系統則使用信號機制。

盡管在整個運行過程中，程序引用不同的頁面總數（也就是虛擬內存大小）可能超出了物理存儲器（DRAM）總大小，但是程序常常在較小的活動頁面上活動，這個集合叫做工作集或者常駐集。在工作集被緩存後，對它的反復調用會使程序命中提高，從而提高性能。

大部分的程序都可以在存儲器獲取數據和讀取中達到穩定的狀態，當程序達到穩定狀態時，存儲器的使用量通常都不會太大。虛擬內存雖然可以有效率控制存儲器的使用， 但是大量的頁缺失還是造成了系統遲緩的主要因素。 當工作集的大小超過物理存儲器大小，程序將會發生一種不幸的情況，這種情況稱為 「顛簸」 ，頁面將不停的寫入、釋放、讀取，由於大量的丟失（而非命中）而損失極大性能。用戶可以增加隨機存取存儲器的大小或是減少同時在系統里運行程序的數量來降低系統顛簸的記錄。

推薦閱讀：

操作系統--分頁(一)

操作系統實現（二）：分頁和物理內存管理

『叄』 如何限制Linux內存的使用

swap是一塊磁碟空間或者一個本地文件
/proc/sys/vm/swappiness 可以設置伺服器使用 swap 的積極程度。取值范圍為0-100，值越大，越積極使用swap，更傾向於回收匿名頁;值越小，越消極使用swap，更傾向於回收文件頁。
即使swap設置為0，當剩餘內存+文件頁小於頁高閾值（ pages_high ）的時候，也會發生swap

Linux有專門的內核線程 kswapd0 定期回收內存，為了衡量內存的使用情況， kswapd0 定義了三個內存閾值：頁最小閾值 pages_min 、頁低閾值 pages_low 和頁高閾值 pages_high ，剩餘內存使用 pages_free 表示。
kswapd0 定期掃描內存的使用情況，並根據剩餘內存和這三個閾值的關系進行內存回收操作。
pages_free < pages_min ：進程可用內存耗盡，只有內核才可以分配內存
pages_min < pages_free < pages_low ：內存壓力較大， kswapd0 會執行內存回收，直到剩餘內存大於高閾值為止
pages_low < pages_free < pages_high ：內存有一定壓力，但還可以滿足新內存請求
pages_free > pages_high ：剩餘內存較多，沒有內存壓力。
這些閾值可以通過內核選項來 proc/sys/vm/min_free_kbytes 間接設置。 min_free_kbytes 設置了頁最小閾值（ pages_min ）。 pages_low=pages_min*5/4 , pages_high=pages_min*3/2

/etc/security/limits.conf
通過這個配置文件可以對每個登錄的會話進行限制，這種限制不是全局的，也不是永久的，只在會話期間起作用。
通常，對單個用戶的限制優先順序高於對用戶組的限制

可以使用以下方式限制內存使用

語法
<domain> <type> <item> <value>

詳見 limits.conf(5) - Linux man page

/proc/sys/vm/overcommit_memory 控制內核使用虛擬內存的模式，可以設置為以下值

『肆』 詳解Linux系統內存知識及調優方案

內存是計算機中重要的部件之一，它是與CPU進行溝通的橋梁。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的，因此內存的性能對計算機的影響非常大。內存作用是用於暫時存放CPU中的運算數據，以及與硬碟等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行中，CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算，當運算完成後CPU再將結果傳送出來，內存的運行也決定了計算機的穩定運行。對於整個操作系統來說，內存可能是最麻煩的的設備。而其性能的好壞直接影響著整個操作系統。

我們知道CPU是不能與硬碟打交道的，只有數據被載入到內存中才可以被CPU調用。cpu在訪問內存的時候需要先像內存監控程序請求，由監控程序控制和分配內存的讀寫請求，這個監控程序叫做MMU(內存管理單元)。下面以32位系統來說明內存的訪問過程：

32位的系統上每一個進程在訪問內存的時候，每一個進程都當做自己有4個G的內存空間可用，這叫虛擬內存(地址)，虛擬內存轉化成物理內存是通過MMU來完成的。為了能夠從線性地址轉換成物理地址，需要page table(頁表)的內存空間,page table要載入到MMU上。為了完成線性地址到物理地址的映射，如果按照1個位元組1個位元組映射的話，需要一張非常大的表，這種轉換關系會非常的復雜。因此把內存空間又劃分成了另外一種存儲單元格式，通常為4K。在不同的硬體平台上，它們的大小一般是不一樣的，像x86 32位的有4k的頁;而64位的有4k頁，2M頁，4M頁，8M頁等等，默認都是4k的。每一個進程一般而言都有自己的頁路徑和頁表映射機制，不管那一個頁表都是由內核載入的。每一個進程只能看到自己的線性地址空間，想要增加新的內存的時候，只能在自己的線性地址空間中申請，並且申請後一定是通過操作系統的內核映射到物理地址空間中去找那麼一段空間，並且告訴線性地址空間准備好了，可以訪問，並且在page table中增加一條映射關系，於是就可以訪問物理內存了，這種叫做內存分配。但是新的申請一定是通過操作的內核到物理內存中去找那麼一段空間，並且告訴線性地址空間好了，可以建設映射關系，最終page table建立映射關系。

這反映了上述描述過程的大體情況。可以看到每一個用戶程序都會有自己的頁表，並且映射到對應的主存儲器上去。

根據上述文字和圖表的描述可以發現2個問題：

1.每個進程如果需要訪問內存的時候都需要去查找page table的話，勢必會造成伺服器的性能底下

2.如果主存儲器的內存滿了以後，應用程序還需要調用內存的時候怎麼辦

對於第一個問題，我們就需要藉助TLB(Translation Lookaside Buffer)翻譯後備緩沖器。TLB是一個內存管理單元，它可以用於改進虛擬地址到物理地址轉換速度的緩存。這樣每次在查找page table的時候就可以先去TLB中查找相應的頁表數據，如果有就直接返回，沒有再去查找page table，並把查找到的結果緩存中TLB中。TLB雖然解決了緩存的功能，但是在那麼page table中查找映射關系仍然很慢，所以又有了page table的分級目錄。page table可以分為1級目錄，2級目錄和偏移量

但是一個進程在運行的時候要頻繁的打開文件，關閉文件。這就意味著要頻繁的申請內存和釋放內存。有些能夠在內存中緩存數據的那些進程，他們對內存的分配和回收更多，那麼每一次分配都會在頁表中建立一個對應項。所以，就算內存的速度很快，大量頻繁的同一時間分配和釋放內存，依然會降低伺服器的整體性能。當然內存空間不夠用的時候，我們稱為oom(out of memory,內存耗盡)。當內存耗盡的時候，，整個操作系統掛了。這種情況下我們可以考慮交換分區，交換分區畢竟是由硬碟虛擬出來的內存，所以其性能與真正的內存相比，差了很多，所以要盡力避免使用交換分區。有物理內存空間的時候盡量保證全部使用物理內存。cpu無論如何是不能給交換內存打交道的，它也只能給物理內存打交道，能定址的空間也只能是物理內存。所以當真正物理內存空間不夠用的時候，會通過LRU演算法把其中最近最少使用的內存放到交換內存中去，這樣物理內存中的那段空間就可以供新的程序使用了。但是這樣會引發另外的一個問題，即原來的進程通過page table尋找的時候，那一段空間的數據已經不屬於它了。所以此刻cpu發送通知或者異常告訴這個程序，這個地址空間已不屬於它，這個時候可能會出現2種情況：

1.物理內存有可用的空間可用：這個時候cpu會根據以前的轉換策略會把交換分區中的那段內存重新送到物理內存中去，但是轉換過來的空間地址不一定會是以前的那一段空間地址，因為以前的那一段空間地址可能已經被別人使用了。

2.物理內存沒有可用的空間可用：這個時候依然會使用LRU算發把當前物理地址空間上最近最少使用的空間地址轉換到交換內存中去，並把當前進程需要的這斷在交換空間中的內存送到物理內存空間中去，並且重新建立映射關系。

上述通知或者異常出現的情況，通常叫做缺頁異常。缺頁異常也分為大異常和小異常兩種。大異常就是訪問的數據內存中沒有，不的不去硬碟上載入，無論是從交換內存中還是直接從磁碟的某個文件系統上，反正需要從硬碟上去載入，這種異常載入需要很長時間。小異常就是進程之間通過共享內存，第二個進程訪問的時候，查看本地的內存映射表沒有，但是其它進程已經擁有了這個內存頁，所以可以直接映射，這種異常載入需要的時間一般很短。

在操作系統開機的時候，每一個io設備都會像cpu申請一些列的隨機埠，這種埠叫做io埠。在IBM PC體系結構中，I/O地址空間一共提供了65,536個8位的I/O埠。正是這些io埠的存在，cpu可以與io設備進行讀寫交互的過程。在執行讀寫操作時，CPU使用地址匯流排選擇所請求的I/O埠，使用數據匯流排在CPU寄存器和埠之間傳送數據。I/O埠還可以被映射到物理地址空間：因此，處理器和I/O設備之間的通信就可以直接使用對內存進行操作的匯編語言指令(例如，mov、and、or等等)。現代的硬體設備更傾向於映射I/O，因為這樣處理的速度較快，並可以和DMA結合起來使用。這樣io在和內存傳數據的時候就不需要通過cpu，cpu把匯流排的控制權交給DMA，每次io傳數據的時候就調用DMA一次，就把cpu給解放了出來。當數據傳輸完了以後，DMA通知給cpu中斷一次。DMA在運行的時候對整個匯流排有控制許可權，當cpu發現有其它進程需要使用匯流排的時候，二者就會產生爭用。這個時候，在匯流排控制權的使用上，CPU和DMA具有相等的許可權。只要CPU委託給了DMA，就不能隨意的收回這個委託，就要等待DMA的用完。

如果沒有其它進程可以運行，或者其它進程運行的時間非常短，這個時候CPU發現我們的IO仍然沒有完成，那就意味著，CPU只能等待IO了。CPU在時間分配裡面有個iowait的值，就是CPU在等待IO花費的時間。有些是在同步調用過程中，CPU必須要等待IO的完成;否者CPU可以釋放IO的傳輸在背後自動完成，CPU自己去處理其它的事情。等硬碟數據傳輸完成以後，硬碟只需要像CPU發起一個通知即可。CPU外圍有一種設備，這個設備叫做可編程中斷控制器。每一個硬體設備為了給CPU通信，在剛開機的時候，在BIOS實現檢測的時候，這個設備就要到可編程中斷控制器上去注冊一個所謂的中斷號。那麼這個號碼就歸這個硬體使用了。當前主機上可能有多個硬體，每一個硬體都有自己的號碼，CPU在收到中斷號以後，就能夠通過中斷相量表查找到那個硬體設備進行中斷。並且就由對應的IO埠過來處理了。

CPU正在運行其它進程，當一個中斷請求發過來的時候，CPU會立即終止當前正在處理的進程，而去處理中斷。當前CPU掛起當前正在處理的進程，轉而去執行中斷的過程，也叫做中斷切換。只不過，這種切換在量級別上比進程切換要低一些，而且任何中斷的優先順序通常比任何進程也要高，因為我們指的是硬體中斷。中斷還分為上半部和下半部，一般而言，上半部就是CPU在處理的時候，把它接進來，放到內存中，如果這個事情不是特別緊急(CPU或者內核會自己判斷)，因此在這種情況下，CPU回到現場繼續執行剛才掛起的進程，當這個進程處理完了，再回過頭來執行中斷的下半部分。

在32位系統中，我們的內存(線性地址)地址空間中，一般而言，低地址空間有一個G是給內核使用的，上面3個G是給進程使用的。但是應該明白，其實在內核內存當中，再往下，不是直接這樣劃分的。32位系統和64位系統可能不一樣(物理地址)，在32位系統中，最低端有那麼10多M的空間是給DMA使用的。DNA的匯流排寬度是很小的，可能只有幾位，所以定址能力很有限，訪問的內存空間也就很有限。如果DMA需要復制數據，而且自己能夠定址物理內存，還可以把數據直接壯哉進內存中去，那麼就必須保證DMA能夠定址那段內存才行。定址的前提就是把最低地址斷M，DA的定址范圍內的那一段給了DMA。所以站在這個角度來說，我們的內存管理是分區域的。

在32位系統上，16M的內存空間給了ZONE_DMA(DMA使用的物理地址空間);從16M到896M給了ZONE_NORMAL(正常物理地址空間)，對於Linux操作系統來說，是內核可以直接訪問的地址空間;從896M到1G這斷空間叫做"Reserved"(預留的物理地址空間);從1G到4G的這段物理地址空間中，我們的內核是不能直接訪問的，要想訪問必須把其中的一段內容映射到Reserved來，在Reserved中保留出那一段內存的地址編碼，我們內核才能上去訪問，所以內核不直接訪問大於1G的物理地址空間。所以在32位系統上，它訪問內存當中的數據，中間是需要一個額外步驟的。

在64位系統上，ZONE_DAM給了低端的1G地址空間，這個時候DMA的定址能力被大大加強了;ZONE_DAM32可以使用4G的空間;而大於1G以上給劃分了ZONE_NORMAL,這段空間都可以被內核直接訪問。所以在64位上，內核訪問大於1G的內存地址，就不需要額外的步驟了，效率和性能上也大大增加，這也就是為什麼要使用64位系統的原因。

在現在的PC架構上，AMD,INTER都支持一種機制，叫做PEA(物理地址擴展)。所謂PAE。指的是在32位系統的地址匯流排上，又擴展了4位，使得32位系統上的地址空間可以達到64G。當然在32為系統上，不管你的物理內存有多大，單個進程所使用的空間是無法擴展的。因為在32位的系統上，線性地址空間只有4個G，而單個進程能夠識別的訪問也只有3個G。

linux的虛擬內存子系統包含了以下幾個功能模塊：

slab allocator,zoned buddy allocator,MMU,kswapd,bdflush

slab allocator叫做slab分配器

buddy allocator又叫做buddy system，叫做夥伴系統，也是一種內存分配器

buddy system是工作在MMU之上的，而slab allocator又是工作在buddy system之上的。

設置為小於等於1G，在資料庫伺服器應該勁量避免使用交換內存

3.在應用伺服器上，可以設置為RAM*0.5，當然這個是理論值

如果不的不使用交換內存，應該把交換內存放到最靠外的磁軌分區上，因為最外邊的磁碟的訪問速度最快。所以如果有多塊硬碟，可以把每塊硬碟的最外層的磁軌拿一小部分出來作為交換分區。交換分區可以定義優先順序，因此把這些硬碟的交換內存的優先順序設置為一樣，可以實現負載均衡的效果。定義交換分區優先順序的方法為編輯/etc/fstab：

/dev/sda1 swap swap pri=5 0 0

/dev/sdb1 swap swap pri=5 0 0

/dev/sdc1 swap swap pri=5 0 0

/dev/sdd1 swap swap pri=5 0 0

四.內存耗盡時候的相關調優參數

當Linux內存耗盡的時候，它會殺死那些佔用內存最多的進程，以下三種情況會殺死進程：

1.所有的進程都是活動進程，這個時候想交換出去都沒有空閑的進程

2.沒有可用的page頁在ZONE_NORMAL中

3.有其它新進程啟動，申請內存空間的時候，要找一個空閑內存給做映射，但是這個時候找不到了

一旦內存耗盡的時候，操作系統就會啟用oom-kill機制。

在/proc/PID/目錄下有一個文件叫做oom_score,就是用來指定oom的評分的，就是壞蛋指數。

如果要手動啟用oom-kill機制的話，只需要執行echo f>/proc/sysrq-trigger即可，它會自動殺掉我們指定的壞蛋指數評分最高的那個進程

可以通過echo n > /proc/PID/oom_adj來調整一個進程的壞蛋評分指數。最終的評分指數就是2的oom_adj的值的N次方。假如我們的一個進程的oom_adj的值是5，那麼它的壞蛋評分指數就是2的5次方。

如果想禁止oom-kill功能的使用可以使用vm.panic_on_oom=1即可。

五.與容量有關的內存調優參數：

overcommit_memory,可用參數有3個，規定是否能夠過量使用內存：

0：默認設置，內核執行啟發式的過量使用處理

1：內核執行無內存的過量使用處理。使用這個值會增大內存超載的可能性

2：內存的使用量等於swap的大小+RAM*overcommit_ratio的值。如果希望減小內存的過度使用，這個值是最安全的

overcommit_ratio:將overcommit_memory指定為2時候，提供的物理RAM比例，默認為50

六.與通信相關的調優參數

常見在同一個主機中進行進程間通信的方式：

1.通過消息message;2.通過signal信號量進行通信;3.通過共享內存進行通信，跨主機常見的通信方式是rpc

以消息的方式實現進程通信的調優方案：

msgmax:以位元組為單位規定消息隊列中任意消息的最大允許大小。這個值一定不能超過該隊列的大小(msgmnb)，默認值為65536

msgmnb:以位元組為單位規定單一消息隊列的最大值(最大長度)。默認為65536位元組

msgmni:規定消息隊列識別符的最大數量(及隊列的最大數量)。64位架構機器的默認值為1985;32位架構機器的默認值為1736

以共享內存方式實現進程通信的調優方案：

shmall:以位元組為單位規定一次在該系統中可以使用的共享內存總量(單次申請的上限)

shmmax:以位元組為單位規定每一個共享內存片段的最大大小

shmmni:規定系統范圍內最大共享內存片段。在64和32位的系統上默認值都是4096

七.與容量相關的文件系統可調優參數：

file-max:列出內核分配的文件句柄的最大值

dirty_ratio:規定百分比值，當臟數據達到系統內存總數的這個百分比值後開始執行pdflush,默認為20

dirty_background_ratio:規定百分比值，當某一個進程自己所佔用的臟頁比例達到系統內存總數的這個百分比值後開始在後台執行pdflush，默認為10

dirty_expire_centisecs:pdlush每隔百分之一秒的時間開啟起來刷新臟頁，默認值為3000，所以每隔30秒起來開始刷新臟頁

dirty_writeback_centisecs:每隔百分之一秒開始刷新單個臟頁。默認值為500，所以一個臟頁的存在時間達到了5秒，就開始刷新臟

八.linux內存常用的觀察指標命令：

Memory activity

vmstat [interval] [count]

sar -r [interval] [count]

Rate of change in memory

sar -R [interval] [count]

frmpg/s:每秒釋放或者分配的內存頁，如果為正數，則為釋放的內存頁;如果為負數，則為分配的內存頁

bufpg/s:每秒buffer中獲得或者釋放的內存頁。如果為正數則為獲得的內存頁，為負數。則為釋放的內存頁

campg/s:每秒cache中獲得或者釋放的內存頁。如果為正數則為獲得的內存頁，為負數。則為釋放的內存頁

Swap activity

sar -W [interval] [count]

ALL IO

sar -B [interval] [count]

pgpgin/s:每秒從磁碟寫入到內核的塊數量

pgpgout/s:每秒從內核寫入到磁碟的塊數量

fault/s:每秒鍾出現的缺頁異常的個數

majflt/s:每秒鍾出現的大頁異常的個數

pgfree/s:每秒回收回來的頁面個數

『伍』 LINUX系統的內存管理知識詳解

內存是Linux內核所管理的最重要的資源之一。內存管理系統是操作系統中最為重要的部分，因為系統的物理內存總是少於系統所需要的內存數量。虛擬內存就是為了克服這個矛盾而採用的策略。系統的虛擬內存通過在各個進程之間共享內存而使系統看起來有多於實際內存的內存容量。Linux支持虛擬內存, 就是使用磁碟作為RAM的擴展，使可用內存相應地有效擴大。核心把當前不用的內存塊存到硬碟，騰出內存給其他目的。當原來的內容又要使用時，再讀回內存。以下就是我為大家整理到的詳細LINUX系統內存管理的知識，歡迎大家閱讀!!!

LINUX系統教程：內存管理的知識詳解

一、內存使用情況監測

(1)實時監控內存使用情況

在命令行使用「Free」命令可以監控內存使用情況

代碼如下:

#free

total used free shared buffers cached

Mem: 256024 192284 63740 0 10676 101004

-/+ buffers/cache: 80604 175420

Swap: 522072 0 522072

上面給出了一個256兆的RAM和512兆交換空間的系統情況。第三行輸出(Mem:)顯示物理內存。total列不顯示核心使用的物理內存(通常大約1MB)。used列顯示被使用的內存總額(第二行不計緩沖)。 free列顯示全部沒使用的內存。Shared列顯示多個進程共享的內存總額。Buffers列顯示磁碟緩存的當前大小。第五行(Swap:)對對換空間，顯示的信息類似上面。如果這行為羨芹全0，那麼沒使用對換空間。在預設的狀態下，free命令以千位元組(也就是1024位元組為單位)來顯示內存使用情況。可以使用—h參數以位元組為單位顯示內存使用情況，或者可以兄晌使用—m參數以兆位元組為單位顯示內存使用情況。還可以通過—s參數使用命令來不間斷地監視內存使用情況：

#free –b –s2

這個命令將會在終端窗口中連續不斷地報告內存的使用情況，每2秒鍾更新一次。

(2)組合watch與 free命令用來實時監控內存使用情況：

代碼如下:

#watch -n 2 -d free

Every 2.0s: free Fri Jul 6 06:06:12 2007

total used free shared buffers cached

Mem: 233356 218616 14740 0 5560 64784

-/+ buffers/cache: 148272 85084

Swap: 622584 6656 615928

watch命令會每兩秒執行 free一次，執行前會清除屏幕，在同樣位置顯示數據。因為 watch命令不會卷動屏幕，所以適合出長時間的監測內存使用率。可以使用 -n選項，控制執行的頻率;也可以利用 -d選項，讓命令將每次不同的地方顯示出來。Watch命令會一直執行，直到您按下 [Ctrl]-[C] 為止。

二、虛擬內存的概念

(1)Linux虛擬內存實現機制

Linux虛擬內存的實現需要六種機制的支持：地址映射機制、內存分配回收機制、緩存和刷新機制、請求頁機制、交換機制、內存共享機制。

首先內存管理程序通過映射機制把用戶程序的邏輯地址映射到物理地址，在用戶程序運行時如果發現程序中要用的虛地址沒有對應的物理內存時，就發出了請求頁要求;如果有空閑的內存可供分配，就請求分配內存(於是用到了內存的分配和回收)，並把正在使用的物理頁記錄在緩存中(使用了緩存機制)。 如果沒有足夠的內存可供分配，那麼就調用交換機制，騰出一部分內存。另外在地址映射中要通過TLB(翻譯後援存儲器)來尋找物理頁;交換機制中也要羨派鋒用到交換緩存，並且把物理頁內容交換到交換文件中後也要修改頁表來映射文件地址。

(2)虛擬內存容量設定

也許有人告訴你，應該分配2倍於物理內存的虛擬內存，但這是個不固定的規律。如果你的物理保存比較小，可以這樣設定。如果你有1G物理內存或更多的話，可以縮小一下虛擬內存。Linux會把大量的內存用做Cache的,但在資源緊張時回收回.。你只要看到swap為0或者很小就可以放心了,因為內存放著不用才是最大的浪費。

三、使甩vmstat命令監視虛擬內存使用情況

vmstat是Virtual Meomory Statistics(虛擬內存統計)的縮寫，可對操作系統的虛擬內存、進程、CPU活動進行監視。它是對系統的整體情況進行統計，不足之處是無法對某個進程進行深入分析。通常使用vmstat 5 5(表示在5秒時間內進行5次采樣)命令測試。將得到一個數據匯總它可以反映真正的系統情況。

代碼如下:

#vmstat 5 5

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----

r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa

1 0 62792 3460 9116 88092 6 30 189 89 1061 569 17 28 54 2

0 0 62792 3400 9124 88092 0 0 0 14 884 434 4 14 81 0

0 0 62792 3400 9132 88092 0 0 0 14 877 424 4 15 81 0

1 0 62792 3400 9140 88092 0 0 0 14 868 418 6 20 74 0

1 0 62792 3400 9148 88092 0 0 0 15 847 400 9 25 67 0

vmstat命令輸出分成六個部分：

(1)進程procs：

r：在運行隊列中等待的進程數 。

b：在等待io的進程數 。

(2)內存memoy：

swpd：現時可用的交換內存(單位KB)。

free：空閑的內存(單位KB)。

buff: 緩沖去中的內存數(單位：KB)。

cache：被用來做為高速緩存的內存數(單位：KB)。

(3) swap交換頁面

si: 從磁碟交換到內存的交換頁數量，單位：KB/秒。

so: 從內存交換到磁碟的交換頁數量，單位：KB/秒。

(4) io塊設備:

bi: 發送到塊設備的塊數，單位：塊/秒。

bo: 從塊設備接收到的塊數，單位：塊/秒。

(5)system系統：

in: 每秒的中斷數，包括時鍾中斷。

cs: 每秒的環境(上下文)切換次數。

(6)cpu中央處理器：

cs：用戶進程使用的時間 。以百分比表示。

sy：系統進程使用的時間。 以百分比表示。

id：中央處理器的空閑時間 。以百分比表示。

如果 r經常大於 4 ，且id經常小於40，表示中央處理器的負荷很重。 如果bi，bo 長期不等於0，表示物理內存容量太小。

四、Linux 伺服器的內存泄露和回收內存的方法

1、內存泄漏的定義：

一般我們常說的內存泄漏是指堆內存的泄漏。堆內存是指程序從堆中分配的，大小任意的(內存塊的大小可以在程序運行期決定)，使用完後必須顯示釋放的內存。應用程序一般使用malloc，realloc，new等函數從堆中分配到一塊內存，使用完後，程序必須負責相應的調用free或釋放該內存塊，否則，這塊內存就不能被再次使用，我們就說這塊內存泄漏了。

2、內存泄露的危害

從用戶使用程序的角度來看，內存泄漏本身不會產生什麼危害，作為一般的用戶，根本感覺不到內存泄漏的存在。真正有危害的`是內存泄漏的堆積，這會最終消耗盡系統所有的內存。從這個角度來說，一次性內存泄漏並沒有什麼危害，因為它不會堆積，而隱式內存泄漏危害性則非常大，因為較之於常發性和偶發性內存泄漏它更難被檢測到。存在內存泄漏問題的程序除了會佔用更多的內存外，還會使程序的性能急劇下降。對於伺服器而言，如果出現這種情況，即使系統不崩潰，也會嚴重影響使用。

3、內存泄露的檢測和回收

對於內存溢出之類的麻煩可能大家在編寫指針比較多的復雜的程序的時候就會遇到。在 Linux 或者 unix 下，C、C++語言是最使用工具。但是我們的 C++ 程序缺乏相應的手段來檢測內存信息，而只能使用 top 指令觀察進程的動態內存總額。而且程序退出時，我們無法獲知任何內存泄漏信息。

使用kill命令

使用Linux命令回收內存，我們可以使用Ps、Kill兩個命令檢測內存使用情況和進行回收。在使用超級用戶許可權時使用命令「Ps」，它會列出所有正在運行的程序名稱，和對應的進程號(PID)。Kill命令的工作原理是：向Linux操作系統的內核送出一個系統操作信號和程序的進程號(PID)。

應用例子：

為了高效率回收內存可以使用命令ps 參數v：

代碼如下:

[root@www ~]# ps v

PID TTY STAT TIME MAJFL TRS DRS RSS %MEM COMMAND

2542 tty1 Ss+ 0:00 0 8 1627 428 0.1 /sbin/mingetty tty1

2543 tty2 Ss+ 0:00 0 8 1631 428 0.1 /sbin/mingetty tty2

2547 tty3 Ss+ 0:00 0 8 1631 432 0.1 /sbin/mingetty tty3

2548 tty4 Ss+ 0:00 0 8 1627 428 0.1 /sbin/mingetty tty4

2574 tty5 Ss+ 0:00 0 8 1631 432 0.1 /sbin/mingetty tty5

2587 tty6 Ss+ 0:00 0 8 1627 424 0.1 /sbin/mingetty tty6

2657 tty7 Ss+ 1:18 12 1710 29981 7040 3.0 /usr/bin/Xorg :0 -br -a

2670 pts/2 Ss 0:01 2 682 6213 1496 0.6 -bash

3008 pts/4 Ss 0:00 2 682 6221 1472 0.6 /bin/bash

3029 pts/4 S+ 0:00 2 32 1783 548 0.2 ping 192.168.1.12

3030 pts/2 R+ 0:00 2 73 5134 768 0.3 ps v

然後如果想回收Ping命令的內存的話，使用命令：

代碼如下:

# Kill -9 3029

使用工具軟體

Memprof是一個非常具有吸引力且非常易於使用的軟體，它由Red Hat的Owen Talyor創立。這個工具是用於GNOME前端的Boehm-Demers-Weiser垃圾回收器。這個工具直接就可以執行，並且其工作起來無需對源代碼進行任何修改。在程序執行時，這個工具會以圖形化的方式顯示內存的使用情況。

相關介紹：Linux

嚴格來講，Linux這個詞本身只表示Linux內核，但人們已經習慣了用Linux來形容整個基於Linux內核，並且使用GNU 工程各種工具和資料庫的操作系統。

Linux擁有以下特性：類似於Unix的基本思想，支持完全免費與自由傳播，完全兼容POSIX1.0標准，支持多用戶、多任務、有著良好的界面、支持多種平台。Linux 能運行主要的UNIX工具軟體、應用程序和網路協議。它支持32位和64位硬體。Linux繼承了Unix以網路為核心的設計思想，是一個性能穩定的多用戶網路操作系統。

Linux有著許多不同的版本，但它們都使用了Linux內核。Linux可安裝在各種計算機硬體設備中，比如手機、平板電腦、路由器、視頻游戲控制台、台式計算機、大型機和超級計算機。

『陸』 linux查看內存使用情況

linux查看內存使用情況的方法是使用free命令。

free命令是Linux系統中最常用的查看內存使用情況的命令之一。它可以顯示系統中的總內存、已使用內存、可用內存、緩存和交換空間等信息。實際上，個人認為，用戶無論使用哪種方法，都可以快速了解系統中的內存使用情況，從而更好地管理和優化系統資源。

Linux系統是一種開源的操作系統，它被廣泛應用於伺服器和嵌入式設備中。由於Linux系統的高度可定製性和靈活性，它成為了許多開發人員和系統管理員的首選操作系統。在Linux系統中，了解內存使用情況是非常重要的，因為內存是系統中最重要的資源之一。

Linux系統查看內存的注意事爛皮凱項

在進行內存查看之前，我們需要了握悔解一些基本的飢喚內存概念。內存是計算機中存儲數據的一種硬體設備，也是計算機系統的重要組成部分。

內存可以被分為物理內存和虛擬內存兩種類型。物理內存是計算機中實際存在的內存，而虛擬內存是操作系統為了滿足程序運行需要而使用的一種技術。

在Linux系統中，我們可以通過命令free來查看系統的內存使用情況。free命令會顯示系統的物理內存和虛擬內存的使用情況，包括總內存量、已使用內存量、空閑內存量和緩沖區和緩存的內存量等信息。了解這些概念可以幫助我們更好地理解系統的內存使用情況。

『柒』 linux下查看內存的命令

op命令能顯示系統內存。
目前常用的Linux下查看內容的專用工具是free命令。
下面是對專內存查看free命令輸出內容的屬解釋：
total：總計物理內存的大小。
used：已使用多大。
free：可用有多少。
Shared：多個進程共享的內存總額。
Buffers/cached：磁碟緩存的大小。