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分类: LINUX

2011-11-11 12:06:49

一、概念
       Linux的内存分为物理内存和虚拟内存,物理内存即是插在主板上的所有内存的总和,而虚拟内存(Virtual Memory)是采用硬盘对物理内存的一种扩展,当物理内存不够使用时,内核会将物理内存中未使用的一部分内如的内容写入到硬盘上,将空闲的这部分内存用于其它用途,当再一下需要原始内容时,将硬盘上的内容读入内存,这就是Linux上的swap。但是硬盘的读写相对内存来说很慢(大约1000倍),所以涉及到swap操作的程序运行速度无法运行很快,如果条件允许可以加大物理内存总量,禁用swap
        Linux内部的最小内存分配单元为page,每个page的大小一般为4K, 可通过以下命令获取page的大小:getconf PAGE_SIZE,虚拟内存的基本单位也为Page,它被分为很多的Page,在X86中一个Page4KB。当内核写内存到硬盘或者读磁盘到内存,这就是一次与Memory Swaping;内存分页(Memory Paging)是指内核会定期将内存中的数据同步到硬盘,所以它一直是在活跃运行的。
随着程序不断运行,不断消耗内存,内核就必须经常扫描内存空间收回和释放内存空间,内核采用PFRA(Page Frame Reclaim Algorithm)页面回收算法来回收和释放内存空间,内存页有几下几个类型:
(1) Unreclaimable: 锁定的内存保留页;
(2) Swappable:匿名的内存页;
(3) Syncable:通过硬盘文件备份的内存页;
(4) Discardable:静态页和被丢弃的页。
除了第一种之外,都可以被PFRA进行回收。


二、进程

1. kswapd进程
它负责确保系统空闲物理内存的数量在一个合适的范围,它监控内核中的pages_highpages_low阙值。如果空闲内存的数值低于pages_low,则每次kswapd进程启动扫描并尝试释放32free pages。并一直重复这个过程,直到空闲内存的数值高于pages_high。在物理内存严重不足的情况下,会导致系统频繁调用kswapd进程引起I/O严重等待.整个系统处于假死状态.kswapd进程会过度占用CPU
Kswapd进程完成以下几个操作:
1) 如果该页处于未修改状态,则将该页放置回空闲列表中;
2) 如果该页处于已修改状态并备份回文件系统,则将页内容写入到磁盘;
3) 如果该页处于已修改状态但没有任何磁盘备份,则将页内容写入懂啊swap area
2. pdflush进程
它用来同步文件相关的内存页面,把内存页面及时同步到硬盘上,在Linux系统中,写操作是异步的,即写操作返回的时候数据并没有真正写到磁盘上,而是先写到了系统cache里,随后由pdflush内核线程将系统中的脏页(由于内存中页缓存的缓存作用,写操作实际上都是延迟的,当页缓存中的数据比磁盘存储的数据还要新时,那么该数据就被称为脏页)写到磁盘上。


三、相关工具
1. freetop
Linux中使用free可以查看系统内存使用状态,默认单位为Kb

Mem 行显示了从系统角度看来内存使用的情况

total是系统可用的内存大小数量上等于系统物理内存减去内核保留的内存

bufferscached是系统用做缓冲的内存

buffers与某个块设备关联,包含了文件系统元数据

buffer中放的是对象数据结构并且跟踪了块的变化

cache只包含了文件本身,cached中放的是无结构的块数据。
    -/+ buffers/cache行则从用户角度显示内存信息,可用内存从数量上等于memused列值减去bufferscached内存的大小。因为bufferscached是操作系统为加快系统运行而设置的,当用户需要时,可以直接为用户使用。
Linux第一次读取一个文件运行时,一份放到一片内存中cache起来,另一份放入运行程序的内存中正常运行,当程序运行完关闭。Cache中的那一份却没有释放第二次运行的时候,系统先看看在内存中是否有一次运行时存起来的cache中的副本,如果有的话,直接从内存中读取,那样,速度就快多了。如果cache占用的内存过多了,影响正常运行程序需要的内存,那么会释放掉一部分cache内存,但是总量会保持一个很高的值,所以,Linux总是能最大限度的使用内存,就算加到16G32G内存,也会随着不断的IO操作,内存的free值会慢慢减少到只有几M,所以说linux下内存的used经常很大。
所以可以得到以下等式:
Total mem=Free mem+Used mem
Used mem=内核表使用+程序使用物理内存+Buffer mem+Cached mem
程序使用内存=Used – Buffer- Cached – 内核使用(可以忽略);因此一个程序一次可申请的内存<=Free + Buffer +Cached
2. vmstat

vmstat 命令报告关于内核线程、虚拟内存、磁盘、陷阱和 CPU 活动的统计信息,语法规则:

 语法vmstat  [V][- n][delay[count]
              - V 的打印版本。
              - 的原因不得转载定期的头。
              - 打印不活跃/活跃页面统计。
              - d打印磁盘统计
              - D三维打印磁盘表
              - p打印磁盘分区统计
              - s打印VM
              - m打印slabinfo
              - S的单位大小
              delay是在几秒钟的更新之间的延迟。单位大小K1000 K1024米:1000000 M1048576(默认是K
              count是更新的数量。

Vmstat输出字段说明
Swapd:当前虚拟内存使用的总额(单位:KB)。空闲内存到达到最低的阙值,更多的数据被转换成虚拟内存页到swap area中;
Free:当前内存中可用空间字节数;
Buffer:当前内存中用于read()write()操作的缓冲区缓存字节数;
Cache:当前内存中映射到进程地址空间字节数;
So:写入交换空间的字节数总额;
Si:从交换空间写回内存的字节数总额;
Bo:磁盘块页面从内存到文件或交换设备的总额;
Bi:磁盘页面从文件或交换设备到内存的总额;
inactive: vmstat -a查看(什么意思没弄明白);
activevmstat -a查看(什么意思没弄明白);
3. 查看系统实际内存大小 
命令dmesg |grep [mM][eE][mM]
找到输出中的Memory: 2042524k/2086248k available,其中后面的为物理实际内存大小,而前面为系统可用内存大小,即去掉了内核占用内存、保留内存、数据缓存以后的可用内存(大约45M)。
4. 其它命令
cat /proc/meminfo: 机器的内存使用信息,内存的一些额定值;
cat /proc/pid/maps: pid为进程号,显示当前进程所占用的虚拟地址;
cat /proc/pid/statm:进程所占用的内存。
cat /proc/self/statm 输出以下结果
654 57 44 0 0 334 0
  输出解释
  CPU 以及CPU0。。。的每行的每个参数意思(以第一行为例)为:
  参数 解释 /proc//status
  Size (pages) 任务虚拟地址空间的大小 VmSize/4
  Resident(pages) 应用程序正在使用的物理内存的大小 VmRSS/4
  Shared(pages) 共享页数 0
  Trs(pages) 程序所拥有的可执行虚拟内存的大小 VmExe/4
  Lrs(pages) 被映像到任务的虚拟内存空间的库的大小 VmLib/4
  Drs(pages) 程序数据段和用户态的栈的大小 (VmData+ VmStk 4

    dt(pages) 04


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