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Linux基礎篇之內存管理機制

日期:2017/2/28 14:34:59   编辑:Linux教程

1 Linux內存管理的主要特點

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無論物理內存多大,Linux都將其充分利用,將一些程序調用過的硬盤數據讀入內存,利用內存讀寫的高速特性來提高Linux系統的數據訪問性能。而Windows是只在需要內存時,才為應用程序分配內存,並不能充分利用大容量的內存空間。Linux的這一特性,主要是利用空閒的物理內存,劃分出一部份空間,做為cache、buffers,以此提高數據訪問性能。頁面高速緩存(page cache)是Linux內核實現的一種主要磁盤緩存。它主要用來減少對磁盤的I/O操作。具體地講,是通過把磁盤中的數據緩存到物理內存中,把對磁盤的訪問變為對物理內存的訪問。

2 物理內存、虛擬內存

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物理內存就是系統硬件提供的內存大小,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,它是利用磁盤空間虛擬出的一塊邏輯內存,用作虛擬內存的磁盤空間被稱為交換空間(Swap Space)。
Linux的內存管理采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。


Linux內存運行機制:
2.1 Linux系統會不時的進行頁面交換操作,以保持盡可能多的空閒物理內存
2.2 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“算法,僅僅將一些不經常使用的頁面文件交換到虛擬內存
2.3 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


3 Linux內存監控

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free -m:
[root@rango backup_CentOS]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 3805 3683 121 0 120 690
-/+ buffers/cache: 2872 932
Swap: 2041 134 1907
注解:
total: 物理內存的總大小used:已經使用的物理內存大小free:空閒的物理內存大小
shared: 多個進程共享的內存大小buffers/cached:磁盤緩存的大小
Mem: 代表物理內存使用情況(-/+buffers/cached):代表磁盤緩存使用狀態
Swap: 表示交換空間內存使用狀態
(-buffers/cache) used內存數:2872M(指的第一部分Mem行中的used- buffers - cached)
(+buffers/cache) free內存數: 932M (指的第一部分Mem行中的free+ buffers + cached)
從內核的角度可使用的內存:121M
從應用程序可使用的內存:free+buffers/cache=121+120+690=931M,為第二行的free值。對於應用程序來說,buffers/cached占有的內存是可用的,因為buffers/cached是為了提高文件讀取的性能,當應用程序需要用到內存的時候,buffers/cached會很快地被回收,以供應用程序使用。


Linux緩存機制: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,才從磁盤讀取。
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-flightpages,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,文件的屬性以及權限等等。而cached直接用來記憶我們打開過的文件和程序。


4 Linux內存釋放過程

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4.1 free -m查看內存使用情況


4.2 sync:使用sync命令以確保文件系統的完整性,sync命令運行sync 子例程,將所有未寫的系統緩沖區寫到磁盤中,包含已修改的i-node、已延遲的塊I/O和讀寫映射文件。為確保可靠起見,應執行兩遍sync命令,這是因為sync命令完成時,並不保證信息實際寫到了磁盤上。


4.3 修改/proc/sys/vm/drop_caches:
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
說明:
1)/proc是一個虛擬文件系統,我們可以通過對它的讀寫操作作為與kernel實體間進行通信的一種手段。也就是說可以通過修改/proc中的文件,來對當前kernel的行為做出調整。也就是說我們可以通過調整/proc/sys/vm/drop_caches來釋放內存。
2)drop_caches:
Writing to this file causes the kernel to drop cleancaches,dentries and inodes from memory, causing that memory tobecomefree.
To free pagecache, use echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches;
to free dentries and inodes, use echo 2 >/proc/sys/vm/drop_caches;
to free pagecache, dentries and inodes, use echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches.
Because this is a non-destructive operation and dirty objects arenot freeable, the user should run syncfirst.

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