Linux内存管理机制

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。

内存使用说明

linux我们使用free -m命令来查看系统内存的使用情况:

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root@default:~# free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:           148        123         24          0          0        113
-/+ buffers/cache:          9        138
Swap:           36          2         33

这里显示的单位是m。
Mem:表示物理内存统计。
-/+ buffers/cached:表示物理内存的缓存统计
Swap:表示硬盘上交换分区的使用情况。只有mem被当前进程实际占用完,即没有了buffers和cache时,才会使用到swap。

Mem 行(第一行)数据说明:
Total:148。表示物理内存总大小。
Used:123。表示总计分配给缓存(包含buffers 与cache )使用的数量,但其中可能部分缓存并未实际使用。
Free:24。表示未被分配的内存。
Shared:0。共享内存,一般系统不会用到。
Buffers:0。系统分配但未被使用的buffers 数量。
Cached:113。系统分配但未被使用的cache 数量。

-/+ buffers/cache 行(第二行)数据说明:
Used:9。实际使用的buffers 与cache 总量,也是实际使用的内存总量。
Free: 138。未被使用的buffers 与cache 和未被分配的内存之和,这就是系统当前实际可用内存。

根据以上分析,可以得出一下结论:
1. 实际可用内存大小:
Free(-/+ buffers/cache行)= Free(Mem)+buffers(Mem)+Cached(Mem);
137 = 24 + 0+ 113

2. 已经分配的内存大小:
Used(Mem) = Used(-/+ buffers/cache)+ buffers(Mem) + Cached(Mem)
122= 9 + 0 +113

3. 物理内存总大小
total(Mem) = used(-/+ buffers/cache) + free(-/+ buffers/cache)
147= 9 + 138

Swap配置对性能的影响

分配太多的Swap空间会浪费磁盘空间,而Swap空间太少,则系统会发生错误。 如果系统的物理内存用光了,系统就会跑得很慢,但仍能运行;如果Swap空间用光了,那么系统就会发生错误。例如,Web服务器能根据不同的请求数量衍生出多个服务进程(或线程),如果Swap空间用完,则服务进程无法启动,通常会出现“application is out of memory”的错误,严重时会造成服务进程的死锁。因此Swap空间的分配是很重要的。

通常情况下,Swap空间应大于或等于物理内存的大小,最小不应小于64M,通常Swap空间的大小应是物理内存的2-2.5倍。但根据不同的应用,应有不同的配置:如果是小的桌面系统,则只需要较小的Swap空间,而大的服务器系统则视情况不同需要不同大小的Swap空间。特别是数据库服务器和Web服务器,随着访问量的增加,对Swap空间的要求也会增加,一般来说对于4G 以下的物理内存,配置2倍的swap,4G 以上配置1倍。

另外,Swap分区的数量对性能也有很大的影响。因为Swap交换的操作是磁盘IO的操作,如果有多个Swap交换区,Swap空间的分配会以轮流的方式操作于所有的Swap,这样会大大均衡IO的负载,加快Swap交换的速度。如果只有一个交换区,所有的交换操作会使交换区变得很忙,使系统大多数时间处于等待状态,效率很低。用性能监视工具就会发现,此时的CPU并不很忙,而系统却慢。这说明,瓶颈在IO上,依靠提高CPU的速度是解决不了问题的。

Linux 内存机制

Linux支持虚拟内存(Virtual Mmemory),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)。

一般,在交换空间中的页面首先被换入内存;如果此时没有足够的物理内存来容纳它们又将被交换出来(到其他的交换空间中)。如果没有足够的虚拟内存来容纳所有这些页面,Linux就会波动而不正常;但经过一段较长的时间Linux会恢复,但此时系统已不可用了。

有时,尽管有许多的空闲内存,仍然会有许多的交换空间正被使用。这种情况是有可能发生的,例如如果在某一时刻有进行交换的必要,但后来一个占用很多物理内存的大进程结束并释放内存时。被交换出的数据并不会自动地交换进内存,除非有这个需要时。此时物理内存会在一段时间内保持空闲状态。对此并没有什么可担心的,但是知道了是怎么一回事,也就无所谓了。

许多操作系统使用了虚拟内存的方法。因为它们仅在运行时才需要交换空间,以解决不会在同一时间使用交换空间,因此,除了当前正在运行的操作系统的交换空间,其它的就是一种浪费。所以让它们共享一个交换空间将会更有效率。



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