Linux的内存管理概述
副标题[/!--empirenews.page--] 在Linux中经常发现空闲内存很少,似乎所有的内存都被系统占用了,表面感觉是内存不够用了,其实不然。这是Linux内存管理的一个优秀特性,在这方面,区别于 Windows的内存管理。主要特点是,无论物理内存有多大,Linux 都将其充份利用,将一些程序调用过的硬盘数据读入内存,利用内存读写的高速特性来提高Linux系统的数据访问性能。而Windows 是只在需要内存时,才为应用程序分配内存,并不能充分利用大容量的内存空间。换句话说,每增加一些物理内存,Linux 都将能充分利用起来,发挥了硬件投资带来的好处,而Windows只将其做为摆设,即使增加8GB甚至更大。 Linux 的这一特性,主要是利用空闲的物理内存,划分出一部份空间,做为 cache 和 buffers ,以此提高数据访问性能。 1、什么是 cache 页高速缓存(cache)是 Linux内核实现的一种主要磁盘缓存。它主要用来减少对磁盘的I/O操作。具体地讲,是通过把磁盘中的数据缓存到物理内存中,把对磁盘的访问变为对物理内存的访问。 磁盘高速缓存的价值在于两个方面:第一,访问磁盘的速度要远远低于访问内存的速度,因此,从内存访问数据比从磁盘访问速度更快。第二,数据一旦被访问,就很有可能在短期内再次被访问到。 页高速缓存是由内存中的物理页组成的,缓存中每一页都对应着磁盘中的多个块。每当内核开始执行一个页I/O操作时(通常是对普通文件中页大小的块进行磁盘操作),首先会检查需要的数据是否在高速缓存中,如果在,那么内核就直接使用高速缓存中的数据,从而避免访问磁盘。 举个例子,当使用文本编辑器打开一个源程序文件时,该文件的数据就被调入内存。编辑该文件的过程中,越来越多的数据会相继被调入内存页。最后,当你编译它的时候,内核可以直接使用页高速缓存中的页,而不需要重新从磁盘读取该文件了。因为用户往往会反复读取或操作同一个文件,所以页高速缓存能减少大量的磁盘操作。 2、cache 如何更新 由于页高速缓存的缓存作用,写操作实际上会被延迟。当页高速缓存中的数据比后台存储的数据更新时,那么该数据就被称做脏数据。在内存中累积起来的脏页最终必须被写回磁盘。在以下两种情况发生时,脏页被写回磁盘: ◆当空闲内存低于一个特定的阈值时,内核必须将脏页写回磁盘,以便释放内存。 ◆当脏页在内存中驻留时间超过一个特定的阈值时,内核必须将超时的脏页写回磁盘,以确保脏页不会无限期地驻留在内存中。 在2.6内核中,由一群内核线程—pdflush后台回写例程统一执行两种工作。 首先,pdflush线程在系统中的空闲内存低于一个特定的阈值时,将脏页刷新回磁盘。该后台回写例程的目的在于在可用物理内存过低时,释放脏页以重新获得内存。特定的内存阈值可以通过dirty_background_ratio sysctl系统调用设置。当空闲内存比阈值:dirty_background_ratio还低时,内核便会调用函数wakeup_bdflush()唤醒一个pdflush线程,随后pdflush线程进一步调用函数background_writeout()开始将脏页写回磁盘。函数background_ writeout()需要一个长整型参数,该参数指定试图写回的页面数目。函数background_writeout()会连续地写出数据,直到满足以下两个条件: ◆已经有指定的最小数目的页被写出到磁盘。 ◆空闲内存数已经回升,超过了阈值dirty_background_ratio。 上述条件确保了pdflush操作可以减轻系统中内存不足的压力。回写操作不会在达到这两个条件前停止,除非pdflush写回了所有的脏页,没有剩下的脏页可再被写回了。 为了满足第二个目标,pdflush后台例程会被周期性唤醒(和空闲内存是否过低无关),将那些在内存中驻留时间过长的脏页写出,确保内存中不会有长期存在的脏页。如果系统发生崩溃,由于内存处于混乱之中,所以那些在内存中还没来得及写回磁盘的脏页就会丢失,所以周期性同步页高速缓存和磁盘非常重要。在系统启动时,内核初始化一个定时器,让它周期地唤醒pdflush线程,随后使其运行函数wb_kupdate()。 本章描述了Linux内存管理的特性,也即,虚拟内存和磁盘缓冲。叙述了系统管理员需要考虑到的内存管理的目的、工作原理以及其他一些事情。 1、什么是虚拟内存 Linux支持虚拟内存(virtual memory),虚拟内存是指使用磁盘当作RAM的扩展,这样可用的内存的大小就相应地增大了。内核会将暂时不用的内存块的内容写到硬盘上,这样一来,这块内存就可用于其它目的。当需要用到原始的内容时,它们被重新读入内存。这些操作对用户来说是完全透明的;Linux下运行的程序只是看到有大量的内存可供使用而并没有注意到时不时它们的一部分是驻留在硬盘上的。当然,读写硬盘要比直接使用真实内存慢得多(要慢数千倍),所以程序就不会象一直在内存中运行的那样快。用作虚拟内存的硬盘部分被称为交换空间(swap space)。 Linux能够使用文件系统中的一个常规文件或一个独立的分区作为交换空间。交换分区要快一些,但是很容易改变交换文件的大小(也就无需重分区整个硬盘,并且可以从临时分区中安装任何东西)。当你知道你需要多大的交换空间时,你应该使用交换分区,但是如果你不能确定的话,你可以首先使用一个交换文件,然后使用一阵子系统,你就可以感觉到要有多大的交换空间,此时,当你能够确信它的大小时就创建一个交换分区。 你应该知道,Linux允许同时使用几个交换分区以及/或者交换文件。这意味着如果你只是偶尔地另外需要一个交换空间时,你可以在当时设置一个额外的交换文件,而不是一直分配这个交换空间。 操作系统术语注释:计算机科学常常将交换[swapping](将整个进程写到交换空间)与页面调度[paging](在某个时刻,仅仅固定大小的几千字节写到交换空间内)加以区别。页面调度通常更有效,这也是Linux的做法,但是传统的Linux术语却指的是交换。 2、创建交换空间 一个交换文件是一个普通的文件;对内核来说一点也不特殊。对内核有关系的是它不能有孔,并且它是用mkswap来准备的。而且,它必须驻留在一个本地硬盘上,它不能由于实现的原因而驻留在一个通过NFS加载的文件系统中。 本文URL:http://www.bianceng.cn/OS/Linux/201410/45613.htm 关于孔是重要的。交换文件保留了磁盘空间,以至于内核能够快速地交换出页面而无需做分配磁盘扇区给文件时所要做的一些事。内核仅仅是使用早已分配给交换文件的任何扇区而已。因为文件中的一个孔意味着没有磁盘扇区分配(给该文件的孔的相应部分),对内核来说就不能使用这类有孔的文件。 创建无孔的交换文件的一个好方法是通过下列命令: $ dd if=/dev/zero of=/extra-swap bs=1024 count=1024 上面/extra-swap是交换文件的名字,大小由count=后面的数值给出。大小最好是4的倍数,因为内核写出的内存页面(memory pages)大小是4千字节。如果大小不是4的倍数,最后几千字节就用不上了。 (编辑:佛山站长网) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |