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Linux內(nèi)存機(jī)制:手動釋放Swap、Buffer和Cache

如意 ? 來源:民工哥技術(shù)之路 ? 作者:Darren_Wen ? 2020-08-13 14:59 ? 次閱讀

一、什么是linux的內(nèi)存機(jī)制?

我們知道,直接從物理內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)要比從硬盤讀寫數(shù)據(jù)要快的多,因此,我們希望所有數(shù)據(jù)的讀取和寫入都在內(nèi)存完成,而內(nèi)存是有限的,這樣就引出了物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存的概念。

物理內(nèi)存就是系統(tǒng)硬件提供的內(nèi)存大小,是真正的內(nèi)存,相對于物理內(nèi)存,在linux下還有一個虛擬內(nèi)存的概念,虛擬內(nèi)存就是為了滿足物理內(nèi)存的不足而提出的策略,它是利用磁盤空間虛擬出的一塊邏輯內(nèi)存,用作虛擬內(nèi)存的磁盤空間被稱為交換空間(Swap Space)。

作為物理內(nèi)存的擴(kuò)展,linux會在物理內(nèi)存不足時,使用交換分區(qū)的虛擬內(nèi)存,更詳細(xì)的說,就是內(nèi)核會將暫時不用的內(nèi)存塊信息寫到交換空間,這樣以來,物理內(nèi)存得到了釋放,這塊內(nèi)存就可以用于其它目的,當(dāng)需要用到原始的內(nèi)容時,這些信息會被重新從交換空間讀入物理內(nèi)存。

Linux的內(nèi)存管理采取的是分頁存取機(jī)制,為了保證物理內(nèi)存能得到充分的利用,內(nèi)核會在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑽锢韮?nèi)存中不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)塊自動交換到虛擬內(nèi)存中,而將經(jīng)常使用的信息保留到物理內(nèi)存。

要深入了解linux內(nèi)存運行機(jī)制,需要知道下面提到的幾個方面:

Linux系統(tǒng)會不時的進(jìn)行頁面交換操作,以保持盡可能多的空閑物理內(nèi)存,即使并沒有什么事情需要內(nèi)存,Linux也會交換出暫時不用的內(nèi)存頁面。這可以避免等待交換所需的時間。

Linux 進(jìn)行頁面交換是有條件的,不是所有頁面在不用時都交換到虛擬內(nèi)存,linux內(nèi)核根據(jù)”最近最經(jīng)常使用“算法,僅僅將一些不經(jīng)常使用的頁面文件交換到虛擬 內(nèi)存,有時我們會看到這么一個現(xiàn)象:linux物理內(nèi)存還有很多,但是交換空間也使用了很多。其實,這并不奇怪,例如,一個占用很大內(nèi)存的進(jìn)程運行時,需 要耗費很多內(nèi)存資源,此時就會有一些不常用頁面文件被交換到虛擬內(nèi)存中,但后來這個占用很多內(nèi)存資源的進(jìn)程結(jié)束并釋放了很多內(nèi)存時,剛才被交換出去的頁面 文件并不會自動的交換進(jìn)物理內(nèi)存,除非有這個必要,那么此刻系統(tǒng)物理內(nèi)存就會空閑很多,同時交換空間也在被使用,就出現(xiàn)了剛才所說的現(xiàn)象了。關(guān)于這點,不 用擔(dān)心什么,只要知道是怎么一回事就可以了。

交換空間的頁面在使用時會首先被交換到物理內(nèi)存,如果此時沒有足夠的物理內(nèi)存來容納這些頁 面,它們又會被馬上交換出去,如此以來,虛擬內(nèi)存中可能沒有足夠空間來存儲這些交換頁面,最終會導(dǎo)致linux出現(xiàn)假死機(jī)、服務(wù)異常等問題,linux雖 然可以在一段時間內(nèi)自行恢復(fù),但是恢復(fù)后的系統(tǒng)已經(jīng)基本不可用了。

因此,合理規(guī)劃和設(shè)計Linux內(nèi)存的使用,是非常重要的。

在Linux 操作系統(tǒng)中,當(dāng)應(yīng)用程序需要讀取文件中的數(shù)據(jù)時,操作系統(tǒng)先分配一些內(nèi)存,將數(shù)據(jù)從磁盤讀入到這些內(nèi)存中,然后再將數(shù)據(jù)分發(fā)給應(yīng)用程序;當(dāng)需要往文件中寫 數(shù)據(jù)時,操作系統(tǒng)先分配內(nèi)存接收用戶數(shù)據(jù),然后再將數(shù)據(jù)從內(nèi)存寫到磁盤上。然而,如果有大量數(shù)據(jù)需要從磁盤讀取到內(nèi)存或者由內(nèi)存寫入磁盤時,系統(tǒng)的讀寫性 能就變得非常低下,因為無論是從磁盤讀數(shù)據(jù),還是寫數(shù)據(jù)到磁盤,都是一個很消耗時間和資源的過程,在這種情況下,Linux引入了buffers和 cached機(jī)制。

buffers與cached都是內(nèi)存操作,用來保存系統(tǒng)曾經(jīng)打開過的文件以及文件屬性信息,這樣當(dāng)操作系統(tǒng)需要讀取某些文件時,會首先在buffers 與cached內(nèi)存區(qū)查找,如果找到,直接讀出傳送給應(yīng)用程序,如果沒有找到需要數(shù)據(jù),才從磁盤讀取,這就是操作系統(tǒng)的緩存機(jī)制,通過緩存,大大提高了操 作系統(tǒng)的性能。但buffers與cached緩沖的內(nèi)容卻是不同的。

buffers是用來緩沖塊設(shè)備做的,它只記錄文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)(metadata)以及 tracking in-flight pages,而cached是用來給文件做緩沖。更通俗一點說:buffers主要用來存放目錄里面有什么內(nèi)容,文件的屬性以及權(quán)限等等。而cached直接用來記憶我們打開過的文件和程序。

為了驗證我們的結(jié)論是否正確,可以通過vi打開一個非常大的文件,看看cached的變化,然后再次vi這個文件,感覺一下兩次打開的速度有何異同,是不是第二次打開的速度明顯快于第一次呢?接著執(zhí)行下面的命令:

find / -name .conf看看buffers的值是否變化,然后重復(fù)執(zhí)行find命令,看看兩次顯示速度有何不同。

二、linux什么時候開始使用虛擬內(nèi)存(swap)?

[root@wenwen ~]# cat /proc/sys/vm/swappiness 60

上面這個60代表物理內(nèi)存在使用40%的時候才會使用swap(參考網(wǎng)絡(luò)資料:當(dāng)剩余物理內(nèi)存低于40%(40=100-60)時,開始使用交換空間)swappiness=0的時候表示最大限度使用物理內(nèi)存,然后才是 swap空間,swappiness=100的時候表示積極的使用swap分區(qū),并且把內(nèi)存上的數(shù)據(jù)及時的搬運到swap空間里面。

值越大表示越傾向于使用swap。可以設(shè)為0,這樣做并不會禁止對swap的使用,只是最大限度地降低了使用swap的可能性。

通常情況下:swap分區(qū)設(shè)置建議是內(nèi)存的兩倍 (內(nèi)存小于等于4G時),如果內(nèi)存大于4G,swap只要比內(nèi)存大就行。另外盡量的將swappiness調(diào)低,這樣系統(tǒng)的性能會更好。

B.修改swappiness參數(shù)

Linux內(nèi)存機(jī)制:手動釋放Swap、Buffer和Cache

立即生效,重啟也可以生效。

三、怎么釋放內(nèi)存?

一般系統(tǒng)是不會自動釋放內(nèi)存的關(guān)鍵的配置文件/proc/sys/vm/drop_caches。這個文件中記錄了緩存釋放的參數(shù),默認(rèn)值為0,也就是不釋放緩存。他的值可以為0~3之間的任意數(shù)字,代表著不同的含義:

0 – 不釋放

1 – 釋放頁緩存

2 – 釋放dentries和inodes

3 – 釋放所有緩存

實操:

很明顯多出來很多空閑的內(nèi)存了吧

四、怎么釋放swap?

前提:首先要保證內(nèi)存剩余要大于等于swap使用量,否則會宕機(jī)!根據(jù)內(nèi)存機(jī)制,swap分區(qū)一旦釋放,所有存放在swap分區(qū)的文件都會轉(zhuǎn)存到物理內(nèi)存上。通常通過重新掛載swap分區(qū)完成釋放swap。

a.查看當(dāng)前swap分區(qū)掛載在哪?b.關(guān)停這個分區(qū)c.查看狀態(tài):d.查看swap分區(qū)是否關(guān)停,最下面一行顯示全e.將swap掛載到/dev/sda5上f.查看掛載是否成功

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