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分类: LINUX

2010-12-31 17:11:31

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(经常执行free -m时,发现我4G的物理内存,结果用了3900多M,差不多物理内存都用光了,以为出现了内存瓶颈,唉,这都是被windows小比尔盖茨害的)。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()。

在Linux下查看内存我们一般用command free
[root@nonamelinux ~]# free
         total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:    386024     377116    8908      0      21280     155468
-/+ buffers/cache:     200368    185656
Swap:    393552        0      393552
下面是对这些数值的解释:
第二行(mem):
total:总计物理内存的大小。
used:已使用多大。
free:可用有多少。
Shared:多个进程共享的内存总额。
Buffers/cached:磁盘缓存的大小。
第三行(-/+ buffers/cached):
used:已使用多大。
free:可用有多少。
第四行就不多解释了。
区别:
第二行(mem)的used/free与第三行(-/+ buffers/cache) used/free的区别。
这两个的区别在于使用的角度来看,第一行是从OS的角度来看,因为对于OS,buffers/cached 都是属于被使用,所以他的可用内存是 8908KB,已用内存是377116KB,其中包括,内核(OS)使用+Application(X,oracle,etc)使用 的+buffers+cached. 
第三行所指的是从应用程序角度来看,对于应用程序来说,buffers/cached 是等于可用的,因为buffer/cached是为了提高文件读取的性能,当应用程序需在用到内存的时候,buffer/cached会很快地被回收。
所以从应用程序的角度来说,可用内存=系统free memory+buffers+cached.
如上例:
185656=8908+21280+155468
接下来解释什么时候内存会被交换,以及按什么方交换。
当可用内存少于额定值的时候,就会开会进行交换.
如何看额定值(RHEL4.0):
#cat /proc/meminfo
交换将通过三个途径来减少系统中使用的物理页面的个数: 
1.减少缓冲与页面cache的大小,
2.将系统V类型的内存页面交换出去, 
3.换出或者丢弃页面。(Application 占用的内存页,也就是物理内存不足)。
事实上,少量地使用swap是不是影响到系统性能的。
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