Linux中Memory與Swap內存學習整理

1.背景介紹

  這篇文章介紹一下Linux中swap與memory。對於memory沒什么可說的就是機器的物理內存，讀寫速度低於cpu一個量級，但是高於磁盤不止一個量級。所以，程序和數據如果在內存的話，會有非常快的讀寫速度。但是，內存的造價是要高於磁盤的，雖然相對來說價格一直在降低。除此之外，內存的斷電丟失數據也是一個原因說不能把所有數據和程序都保存在內存中。既然不能全部使用內存，那數據還有程序肯定不可能一直霸占在內存中。當內存沒有可用的，就必須要把內存中不經常運行的程序給踢出去。但是踢到哪里去，這時候swap就出現了。 swap全稱為swap place，即交換區，當內存不夠的時候，被踢出的進程被暫時存儲到交換區。當需要這條被踢出的進程的時候，就從交換區重新加載到內存，否則它不會主動交換到真實內存中。

2.swap介紹

  在詳細介紹swap之前，我們需要知道的是計算機對內存分為物理內存與虛擬內存（注意虛擬內存和虛擬地址空間的區別）。物理內存就是計算機的實際內存大小，由RAM芯片組成的。虛擬內存則是虛擬出來的、使用磁盤代替內存。虛擬內存的出現，讓機器內存不夠的情況得到部分解決。當程序運行起來由操作系統做具體虛擬內存到物理內存的替換和加載(相應的頁與段的虛擬內存管理)。 這里的虛擬內存即所謂的swap。

  當用戶提交程序，然后產生進程，在機器上運行。機器會判斷當前物理內存是否還有空閑允許進程調入內存運行，如果有那么則直接調入內存進行運行；如果沒有，那么會根據優先級選擇一個進程掛起，把該進程交換到swap中等待，然后把新的進程調入到內存中運行。根據這種換入和換出，實現了內存的循環利用，讓用戶感覺不到內存的限制。從這也可以看出swap扮演了一個非常重要的角色，就是暫存被換出的進程。  內存與swap之間是按照內存頁為單位來交換數據的，一般Linux中頁的大小設置為4kb。而內存與磁盤則是按照塊來交換數據的。

3.swap的設置

  從上可以看出，當物理內存使用完或者達到一定比例之后，我們可以使用swap做臨時的內存使用。當物理內存和swap都被使用完那么就會出錯，out of memory。對於使用多大比例內存之后開始使用swap，在系統的配置文件中可以通過調整參數進行修改。cat  /proc/sys/vm/swappiness 60

該參數可以從0-100進行設置。0就是最大限度使用內存，盡量不使用swap；100就是積極使用swap。這個具體的通過系統的算法進行確定。

 物理內存我們是無法更改的，所以swap的大小設置將會影響應用能否正常運行。那么swap大小如何確定。根據centos官網介紹可以得出如下公式：M = Amount of RAM in GB, and S = Amount of swap in GB, then If M < 2, S = M *2 Else S = M + 2。而且其最小不應該小於32M(never less than 32 MB.)。

  swap分區的數量對性能也有很大的影響。因為swap畢竟還是以磁盤來偽裝成內存，交換的操作是磁盤IO的操作而不是內存的load與store操作。如果有多個swap交換區，每個swap會有一定的優先級，該優先級也可以調整。swap空間的分配會以輪流的方式操作於所有的swap，這樣會大大均衡IO的負載，加快swap交換的速度。

四：swap相關命令

  swapon/swapoff swap-disk_name：啟動和關閉相應的swap_disk_name

  swapon -s ：可以查看當期swap的使用情況，也可以通過 cat /proc/swaps命令查看

 

4、linux的swap內存

一般情況下不會用到swap的，一般物理內存使用在90%以上(默認是這個數，可以自行在/etc/sysctl.conf里設置vm.swappiness參數)，但有的時候，內存會被緩存占用，導致系統開始使用swap空間，此時就需要清理下swap了 這里先說下vm.swappiness參數，設置成vm.swappiness＝10：就是說當內存使用90%以上才會使用swap空間 

第一步：先執行sync命令

 #sync

sync命令用於強制被改變的內容立刻寫入磁盤，更新超塊信息，以防止釋放，sync命令則可用來強制將內存緩沖區中的數據立即寫入磁盤中。

第二步：(如果僅僅是清理swap的話，這一步可以不執行)

#echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches1

此指令輸入立即生效，意在釋放所有緩存。 關於drop_caches： drop_caches的詳細文檔如下： Writing to this will cause the kernel to drop clean caches, dentries and inodes from memory, causing that memory to become free. To free pagecache: * echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches To free dentries and inodes: * echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches To free pagecache, dentries and inodes: * echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches As this is a non-destructive operation, and dirty objects are notfreeable, the user should run “sync” first in order to make sure allcached objects are freed. This tunable was added in 2.6.16. **echo 1:釋放頁面緩存 echo 2:釋放目錄文件和inodes echo 3:釋放所有緩存(頁面緩存，目錄文件和inodes)** 如下圖是執行完echo3 的cache的對比：

 

第三步：關閉swap,再開戶swap

#swapoff -a #swapon -a12

  現在看swap的used的那一項為零了，說明已經清空

 

在Linux下查看內存我們一般用free命令：

[root@scs-2 tmp]# free

　　　　total         used         free        shared    buffers     cached

Mem:  3266180   3250004    16176        0         110652     2668236

Swap: 2048276   80160    1968116

下面是對Linux查看內存命令中這些數值的解釋：

total:總計物理內存的大小。 used:已使用多大。 free:可用有多少。 Shared:多個進程共享的內存總額。 Buffers/cached:磁盤緩存的大小。

 區別：第二行(mem)的used/free與第三行(-/+ buffers/cache) used/free的區別。 這兩個的區別在於使用的角度來看，第一行是從OS的角度來看，因為對於OS，buffers/cached 都是屬於被使用，所以他的可用內存是16176KB,已用內存是3250004KB,其中包括，內核（OS）使用+Application(X, oracle,etc)使用的+buffers+cached. 第三行所指的是從應用程序角度來看，對於應用程序來說，buffers/cached 是等於可用的，因為buffer/cached是為了提高文件讀取的性能，當應用程序需在用到內存的時候，buffer/cached會很快地被回收。 所以從應用程序的角度來說，可用內存=系統free memory+buffers+cached。 如上例： 2795064=16176+110652+2668236

接下來解釋什么時候內存會被交換，以及按什么方交換。 當可用內存少於額定值的時候，就會開會進行交換。 Linux查看內存命令時如何看額定值： cat /proc/meminfo [root@scs-2 tmp]# cat /proc/meminfo MemTotal:      3266180 kB MemFree:         17456 kB Buffers:        111328 kB Cached:        2664024 kB SwapCached:          0 kB Active:         467236 kB Inactive:      2644928 kB HighTotal:           0 kB HighFree:            0 kB LowTotal:      3266180 kB LowFree:         17456 kB SwapTotal:     2048276 kB SwapFree:      1968116 kB Dirty:  8 kB Writeback:           0 kB Mapped:         345360 kB Slab:           112344 kB Committed_AS:   535292 kB PageTables:       2340 kB VmallocTotal: 536870911 kB VmallocUsed:    272696 kB VmallocChunk: 536598175 kB HugePages_Total:     0 HugePages_Free:      0 Hugepagesize:     2048 kB

用free -m查看的結果： [root@scs-2 tmp]# free -m  total       used       free     shared    buffers     cached Mem:          3189       3173         16          0        107       2605 -/+ buffers/cache:        460       2729 Swap:         2000         78       1921

查看/proc/kcore文件的大小（內存鏡像）： [root@scs-2 tmp]# ll -h /proc/kcore  -r-------- 1 root root 4.1G Jun 12 12:04 /proc/kcore

備注： 占用內存的測量 測量一個進程占用了多少內存，linux為我們提供了一個很方便的方法，/proc目錄為我們提供了所有的信息，實際上top等工具也通過這里來獲取相應的信息。 /proc/meminfo 機器的內存使用信息 /proc/pid/maps pid為進程號，顯示當前進程所占用的虛擬地址。 /proc/pid/statm 進程所占用的內存 [root@localhost ~]# cat /proc/self/statm 654 57 44 0 0 334 0

Linux查看內存命令的輸出解釋 CPU 以及CPU0。。。的每行的每個參數意思（以第一行為例）為：

參數 解釋 /proc//status Size (pages) 任務虛擬地址空間的大小 VmSize/4 Resident(pages) 應用程序正在使用的物理內存的大小 VmRSS/4 Shared(pages) 共享頁數 \ Trs(pages) 程序所擁有的可執行虛擬內存的大小 VmExe/4 Lrs(pages) 被映像到任務的虛擬內存空間的庫的大小 VmLib/4 Drs(pages) 程序數據段和用戶態的棧的大小 （VmData+ VmStk ）4

dt(pages) 04

查看機器可用內存 /proc/28248/>free total used free shared buffers cached Mem: 1023788 926400 97388 0 134668 503688 -/+ buffers/cache: 288044 735744 Swap: 1959920 89608 1870312

我們通過free命令查看機器空閑內存時，會發現free的值很小。這主要是因為，在linux中有這么一種思想，內存不用白不用，因此它盡可能的cache和buffer一些數據，以方便下次使用。但實際上這些內存也是可以立刻拿來使用的。

所以 空閑內存=free+buffers+cached=total-used