Linux内存管理机制(1)

最近在看Linux内存管理机制，但是几个概念开始还是云里雾里：swap、虚拟内存、page分页,都是与内存相关的一些信息，但是他们之间有什么区别呢？要明白这个，首先要知道什么是保护模式和实模式？
老早以前的操作系统是实模式，例如dos，每个时候只能有一个进程在跑，这个进程使用全部的物理 内存。后来发展到保护模式，分时多进程，一个CPU上跑多个进程， 但进程不知道到底有多少内存可以用，它能访问内存最大地址。例如16位系统就能访问2^16byte，32位就是2^32位。但是实际上没有那么多内存阿？怎么办？保护模式就应运而生了。
假设进程是一个刘翔，裁判（系统）一发令他就开始跑步。但是裁判说给你1秒，可以跑100米。于是刘翔开始跑步（内存地址），一秒后刘翔只跑了10米，裁判吹哨说：刘翔你先歇会，我要去给王军霞吹哨呢，现记住你跑到哪里了（保护），等会从这里开始。裁判给王军霞吹哨，一只跑一秒，回来再给刘翔吹哨再跑1 秒，如此往复。开始跑步的人少，刘翔还可以站在跑道上休息。后来跑步的人越来越多，跑道都挤满了人，那么只能把一些人移动到跑道旁的草地上休息（交换）。后来发现有些人横七竖八的躺着，占了不少空间，于是规定每个人只能站着（page),这样可以容纳很多的人。

swap -- 草地，就是存放page的硬盘空间。
virtual memory -- 假设刘翔跑n圈就已经是到北京的距离了，可是他们还在原地。虚拟就是不存在的。
page -- 草地上的格，每次只容纳一个人。

为了提高磁盘存取效率, Linux做了一些精心的设计, 除了对dentry进行缓存(用于VFS,加速文件路径名到inode的转换), 还采取了两种主要Cache方式:Buffer Cache和Page Cache.前者针对磁盘块的读写,后者针对文件inode的读写.这些Cache有效缩短了I/O系统调用(比如 read,write,getdents)的时间.

内存活动基本上可以用3个数字来量化:活动虚拟内存总量,交换(swapping)率和调页(paging)率.其中第一个数字表明内存的总需求量,后两个数字表示那些内存中有多少比例正处在使用之中.目标是减少内存活动或增加内存量,直到调页率保持在一个可以接受的水平上为止.
活动虚拟内存的总量(VM)=实际内存大小(size of real memory)(物理内存)+使用的交换空间大小(amount of swap space used)
当程序运行需要的内存大于物理内存时，linux系统采用了调页机制，即系统copy一些内存中的页面到磁盘上，腾出来空间供进程使用。

大多数系统可以忍受偶尔的调页，但是频繁的调页会使系统性能急剧下降。

linux内存管理：linux系统通过2种方法进行内存管理，“调页算法”，“交换技术”。

调页算法是将内存中最近不常使用的页面换到磁盘上，把常使用的页面（活动页面）保留在内存中供进程使用。

交换技术是系统将整个进程，而不是部分页面，全部换到磁盘上。正常情况下，系统会发生一些交换过程。

当内存严重不足时，系统会频繁使用调页和交换，这增加了磁盘I/O的负载。进一步降低了系统对作业的执行速度，即系统I/O资源问题又会影响到内存资源的分配。

linux的虚拟内存

linux的虚拟内存是一个十分复杂的子系统，它实现了进程间代码与数据共享机制的透明性，并能够分配比系统现有物理内存更多的内存，某些操作系统的虚存甚至能通过提供缓存功能影响到文件系统的性能，各种风格的linux的虚存的实现方式区别很大，但都离不开下面的4个概念。
1:实际内存

实际内存是指一个系统中实际存在的物理内存，称为RAM。实际内存是存储临时数据最快最有效的方式，因此必须尽可能地分配给应用程序，现在的RAM的形式有多种：SIMM、DIMM、Rambus、DDR等，很多RAM都可以使用纠错机制（ECC）。

2:交换空间

交换空间是专门用于临时存储内存的一块磁盘空间，通常在页面调度和交换进程数据时使用，通常推荐交换空间的大小应该是物理内存的二到四倍。

3:页面调度

页面调度是指从磁盘向内存传输数据，以及相反的过程，这个过程之所以被称为页面调度，是因为linux内存被平均划分成大小相等的页面；通常页面大小为 4KB和8KB（在Solaris中可以用pagesize命令查看）。当可执行程序开始运行时，它的映象会一页一页地从磁盘中换入，与此类似，当某些内存在一段时间内空闲，就可以把它们换出到交换空间中，这样就可以把空闲的RAM交给其他需要它的程序使用。

4:交换

页面调度通常容易和交换的概念混淆，页面调度是指把一个进程所占内存的空闲部分传输到磁盘上，而交换是指当系统中实际的内存已不够满足新的分配需求时，把整个进程传输到磁盘上，交换活动通常意味着内存不足。

vmstat监视内存性能：该命令用来检查虚拟内存的统计信息，并可显示有关进程状态、空闲和交换空间、调页、磁盘空间、CPU负载和交换，cache刷新以及中断等方面的信息。