Linux內存中Swap和Buffer Cache機制

Linux的產生與發展，更多的應用與服務器，那麼對於Linux的各個管理機制要很是清楚，一個完整的Linux系統主要有存儲管理，內存管理，文件系統和進程管理等幾方面組成，貼出一些之前學習過的一個很好的文章。與你們共享!如下主要說明Swap和Buffer Cache機制

Linux支持虛擬內存(virtual memory)，虛擬內存是指使用磁盤看成RAM的擴展，這樣可用的內存的大小就相應地增大了。內核會將暫時不用的內存塊的內容寫到硬盤上，這樣一來，這塊內存就可用於其它目的。當須要用到原始的內容時，它們被從新讀入內存。這些操做對用戶來講是徹底透明的;Linux下運行的程序只是看到有大量的內存可供使用而並無注意到時不時它們的一部分是駐留在硬盤上的。固然，讀寫硬盤要比直接使用真實內存慢得多(要慢數千倍)，因此程序就不會象一直在內存中運行的那樣快。用做虛擬內存的硬盤部分被稱爲交換空間(Swap Space)。

通常，在交換空間中的頁面首先被換入內存;若是此時沒有足夠的物理內存來容納它們又將被交換出來(到其餘的交換空間中)。若是沒有足夠的虛擬內存來容納全部這些頁面，Linux就會波動而不正常;但通過一段較長的時間Linux會恢復，但此時系統已不可用了。

有時，儘管有許多的空閒內存，仍然會有許多的交換空間正被使用。這種狀況是有可能發生的，例如若是在某一時刻有進行交換的必要，但後來一個佔用不少物理內存的大進程結束並釋放內存時。被交換出的數據並不會自動地交換進內存，除非有這個須要時。此時物理內存會在一段時間內保持空閒狀態。對此並無什麼可擔憂的，可是知道了是怎麼一回事，也就無所謂了。

許多操做系統使用了虛擬內存的方法。由於它們僅在運行時才須要交換空間，以解決不會在同一時間使用交換空間，所以，除了當前正在運行的操做系統的交換空間，其它的就是一種浪費。因此讓它們共享一個交換空間將會更有效率。

注意，若是會有幾我的同時使用這個系統，他們都將消耗內存。然而，若是兩我的同時運行一個程序，內存消耗的總量並非翻倍，由於代碼頁以及共享的庫只存在一份。

Linux系統經常動不動就使用交換空間，以保持儘量多的空閒物理內存。即便並無什麼事情須要內存，Linux也會交換出暫時不用的內存頁面。這能夠避免等待交換所需的時間：當磁盤閒着，就能夠提早作好交換。

      編輯推薦：合理配置SAMBA 讓Unix與Windows輕鬆共享

能夠將交換空間分散在幾個硬盤之上。針對相關磁盤的速度以及對磁盤的訪問模式，這樣作能夠提升性能。

與訪問(真正的)的內存相比，磁盤的讀寫是很慢的。另外，在相應較短的時間內屢次讀磁盤一樣的部分也是常有的事。例如，某人也許首先閱讀了一段 e-mail消息，而後爲了答覆又將這段消息讀入編輯器中，而後又在將這個消息拷貝到文件夾中時，使得郵件程序又一次讀入它。或者考慮一下在一個有着許多用戶的系統中 ls命令會被使用多少次。經過將信息從磁盤上僅讀入一次並將其存於內存中，除了第一次讀之外，能夠加快全部其它讀的速度。這叫做磁盤緩衝(disk buffering)，被用做此目的的內存稱爲高速緩衝(Buffer Cache)。

可是，因爲內存是一種有限而又不充足的資源，高速緩衝不可能作的很大(它不可能包容要用到的全部數據)。當緩衝充滿了數據時，其中最長時間不用的數據將被捨棄以騰出內存空間用於新的數據。

對寫磁盤操做來講磁盤緩衝技術一樣有效。一方面，被寫入磁盤的數據經常會很快地又被讀出(例如，原代碼文件被保存到一個文件中，又被編譯器讀入)，因此將要被寫的數據放入緩衝中是個好主意。另外一方面，經過將數據放入緩衝中，而不是將其馬上寫入磁盤，程序能夠加快運行的速度。之後，寫的操做能夠在後臺完成，而不會拖延程序的執行。

大多數操做系統都有高速緩衝(儘管可能稱呼不一樣)，可是並非都遵照上面的原理。有些是直接寫(write-through)：數據將被馬上寫入磁盤(固然，數據也被放入緩存中)。若是寫操做是在之後作的，那麼該緩存被稱爲後臺寫(write-back)。後臺寫比直接寫更有效，但也容易出錯：若是機器崩潰，或者忽然掉電，緩衝中改變過的數據就被丟失了。若是仍未被寫入的數據含有重要的薄記信息，這甚至可能意味着文件系統(若是有的話)已不完整。

針對以上的緣由，出現了不少的日誌文件系統，數據在緩衝區修改後，同時會被文件系統記錄修改信息，這樣即便此時系統掉電，系統重啓後會首先從日誌記錄中恢復數據，保證數據不丟失。固然這些問題再也不本文的敘述範圍。

因爲上述緣由，在使用適當的關閉過程以前，絕對不要關掉電源，sync命令傾空(flushes)緩衝，也即，強迫全部未被寫的數據寫入磁盤，可用以肯定全部的寫操做都已完成。在傳統的UNIX系統中，有一個叫作update的程序運行於後臺，每隔30秒作一次sync操做，所以一般無需手工使用sync命令了。Linux另外有一個後臺程序，bdflush，這個程序執行更頻繁的但不是全面的同步操做，以免有時sync的大量磁盤I/O操做所帶來的磁盤的忽然凍結
在Linux中，bdflush是由update啓動的。一般沒有理由來擔憂此事，但若是因爲某些緣由bdflush進程死掉了，內核會對此做出警告，此時你就要手工地啓動它了(/sbin/update)。

緩存(cache)實際並非緩衝文件的，而是緩衝塊的，塊是磁盤I/O操做的最小單元(在Linux中，它們一般是1KB)。這樣，目錄、超級塊、其它文件系統的薄記數據以及非文件系統的磁盤數據均可以被緩衝了。

緩衝的效力主要是由它的大小決定的。緩衝過小的話等於沒用：

它只能容納一點數據，所以在被重用時，全部緩衝的數據都將被傾空。實際的大小依賴於數據讀寫的頻次、相同數據被訪問的頻率。只有用實驗的方法才能知道。

若是緩存有固定的大小，那麼緩存太大了也很差，由於這會使得空閒的內存過小而致使進行交換操做(這一樣是慢的)。爲了最有效地使用實際內存，Linux自動地使用全部空閒的內存做爲高速緩衝，當程序須要更多的內存時，它也會自動地減少緩衝的大小。

這就是通常狀況下Linux內存的通常機制，固然Linux內存的運行機制遠遠比這個複雜，可是隻有了解了這個機制，咱們管理服務器才能駕輕就熟!