Linux管理員手冊(4)--內存管理

本章說明Linux的內存管理特徵，即虛擬內存和磁盤緩存。描述系統管理員應該考慮的東西、工做和目的。 　　什麼是虛擬內存? 　　Linux支持虛擬內存, 就是使用磁盤做爲RAM的擴展，使可用內存相應地有效擴大。核心把當前不用的內存塊存到硬盤，騰出內存給其餘目的。當原來的內容又要使用時，再讀回內存。這對用戶全透明：運行於Linux的程序只看到大量的可用內存而不甘心哪部分在磁盤上。固然，讀寫硬盤比真的內存慢(慢千倍)，因此程序運行較慢。用作虛擬內存的這部分硬盤叫 對換空間。 　　Linux可使用文件系統中的普通文件或單獨的分區做爲對換空間。對換分區更快，但對換文件更易於改變大小(無須對硬盤重分區)。若是知道要多少對換空間，應該用對換分區；若是不能確認，能夠先用對換文件，用一段時間後再根據所需空間創建對換分區。 　　Linux容許同時使用多個對換分區和/或對換文件。即若是偶爾須要更多的對換空間，能夠隨時創建一個額外的對換文件。 　　產生對換空間 　　對換文件是普通文件，對核心沒有什麼特別的。惟一不一樣是它沒有孔，用 mkswap 準備。必須在本地盤上，不能在經過NFS mount的文件系統中。 　　關於孔，是重要的。對換文件保留了磁盤空間，使核心能快速對換出一頁，而沒必要通過如文件的定位磁盤扇區的所有事情。核心只用分配給這個文件的全部扇區。因爲文件中的孔意味着沒有爲文件中這個位置分配磁盤扇區，這對核心使用不利。 　　產生沒有孔的對換文件的一個好辦法是經過以下命令： 　　$ dd if=/dev/zero of=/extra-swap bs=1024 count=1024 　　1024+0 records in 　　1024+0 records out 　　$ 　　/extra-swap 是對換文件名，大小由count=給出. 大小最好是4的倍數，由於核心寫出的內存頁是4KB。若是不是4的倍數，最後那幾KB將不可用。 　　對換分區也沒什麼特別。就象產生其餘分區同樣產生；惟一的不一樣是它做爲原始分區使用，即沒有任何文件系統，最好將對換分區標記爲類型82(Linux swap)，雖然這對核心沒有影響，但這使分區列表更清晰。 　　產生對換文件或對換分區後，須要寫個標記起用它，這包括核心要用的一些管理信息。命令是 mkswap , 用法以下： 　　$ mkswap /extra-swap 1024 　　Setting up swapspace, size = 1044480 bytes 　　$ 　　注意對換空間如今還沒用，它存在，但核心還沒用它提供虛擬內存。 　　請必定當心使用mkswap , 由於它不檢查文件或分區是否被其餘東西使用。 你可能用mkswap 很容易地覆蓋了重要文件和分區! 幸虧，你只需在你安裝系統時使用mkswap 。 　　Linux內存管理限制了每一個對換空間約爲127MB(因爲技術緣由，實際限制是127.6875MB)。 能夠同時使用最多16個對換空間，總計差很少2GB。 　　使用對換空間 　　用swapon 將一個初始化的對換空間可用。此命令告訴核心對換空間能夠用了，對換空間的路徑做爲參數，啓動一個臨時對換文件能夠用以下命令： 　　$ swapon /extra-swap 　　$ 　　對換空間若是列入/etc/fstab ，就可自動使用。 　　/dev/hda8 none swap sw 0 0 　　/swapfile none swap sw 0 0 　　啓動手稿運行命令swapon -a, 它將啓動/etc/fstab 中所列的全部對換空間。所以swapon 命令只有在啓動額外的對換空間時才使用。 　　能夠用free 監視對換空間的使用，它將給出全部使用的對換空間。 　　$ free 　　total used free shared buffers 　　Mem: 15152 14896 256 12404 2528 　　-/+ buffers: 12368 2784 　　Swap: 32452 6684 25768 　　$ 　　前一行輸出(Mem:)顯示物理內存。 Total列不顯示核心使用的物理內存(一般大約1MB)。Used列顯示被使用的內存總額(第二行不計緩衝)。 Free列顯示所有沒使用的內存。Shared列顯示多個進程共享的內存總額。Buffers列顯示磁盤緩存的當前大小。 　　後一行(Swap:)對對換空間，顯示的信息相似上面。若是這行爲全0，那麼沒使用對換空間。 　　經過top ，或使用proc文件系統的/proc/meminfo 文件能夠獲得相同的信息。獲得某個對換空間的使用信息目前還比較困難。 　　可用swapoff 取消對換空間，通常沒必要這樣，除非是臨時對換空間。對換空間中的要用的頁被換入(swap->RAM)，若是沒有足夠的物理內存，就被換出(RAM->swap，到其餘對換空間)。若是沒有足夠的虛擬內存放進全部頁面，Linux將開始震盪(thrash); 很長時間之後應該能恢復，但此時系統不可用。取消一個對換空間前，應該檢查(例如用free )是否有足夠的物理內存。 　　用swapon -a自動使用的全部對換空間能夠用swapoff -a取消。它查看文件/etc/fstab 得知要取消什麼。任何手工起用的對換空間將依然使用着。 　　即便有許多空閒的物理內存，有時許多對換空間也被使用着。這種狀況是因爲在某個時間須要對換，但後來一個佔用大量物理內存的大進程終止並釋放了內存。直到被換出的數據要被使用以前它們並不自動換入。沒必要顧慮這種狀況，但知道爲何會發生這種狀況會更安心。 　　與其餘操做系統共享對換空間 　　許多操做系統內置虛擬內存。因爲他們只需在運行時使用，即，不會同時，那麼除了當前運行的，其餘全部對換空間都浪費着。若是他們共享同一個對換空間將更有效。這是可能的但須要一些Hacking工做。 Tips-HOWTO包含了一些如何完成這項任務的忠告。 　　分配對換空間 　　也許有人告訴你，應該分配2倍於物理內存的對換空間，但這是個虛假的規律。下面說明如何正確： 　　估計你的所有內存需求。這是你可能須要的最大量，即你要同時運行的全部程序所需的內存要求的總和。你能夠同時運行你可能同時運行的全部程序試試。 　　例如，若是你想運行X，你得分配8MB給他，gcc要求數MB(有些文件偶爾可能須要很大量，數十MB，但通常4MB差很少)，等等。核心本身使用1MB，Shell和一些小工具可能須要幾百KB(或說，總共1MB)。沒必要太精確，粗略估計就行，但能夠較悲觀地考慮。 　　記得若是將有多人同時使用系統，他們將都消耗內存。若是2我的同時運行相同的程序，總內存消耗通常並不是加倍，由於代碼頁和共享庫是單一的。 　　free 和ps 命令對估計內存需求頗有用。 　　第一步的估計加上一些安全量。由於對程序大小的估計極可能是錯誤的，由於你可能忘了一些要運行的程序，並肯定你有一些額外空間。應該有數MB。(分配太多對換空間比分配太少好，但沒必要過度，由於不使用的對換空間是浪費；見後文：關於增長對換空間。) Also,since it is nicer to deal with even numbers, you can round the value up to the next full megabyte. 　　基於以上計算，你知道了你總共須要多少內存。減去你的實際物理內存，就是對換空間。 (有些版本的UNIX中，你還須要分配物理內存的映象空間，因此第二布中計算的你所需的空間就不能減) 　　若是你計算的對換空間比你的實際物理內存大得多(大於好幾倍以上)，那麼你也許須要更多的物理內存，不然系統性能將過低。 　　即便計算顯示你無須對換空間，最好仍是至少有一些。Linux有些侵略性地使用對換空間，這樣保持必定的空閒物理內存。即便內存還不爲何程序所需，Linux也會換出一些不用的內存頁，這樣在須要的時候就能夠避免因對換的等待--即對換能夠在硬盤空閒的時候提前完成。 　　對換空間能夠分在幾個硬盤中，這有時能夠提升性能，依賴於這些盤的相對速度和存取模式。你能夠嘗試幾中方案，但要知道正確地嘗試是很困難的。不要相信某種方案比其餘方案好的判定，由於它不會老是對的。 　　高速緩存 　　與存取(真正的)內存相比，從磁盤讀是很慢的 另外，在相對短的一端時間裏，屢次讀硬盤相同的部分是很常見的。例如，你可能先讀了一封電子郵件，而後回覆時又將它讀入編輯器，而後複製它到一個文件夾時又用郵件程序讀它。或者，考慮命令ls 可能被系統上的不少用戶多麼頻繁地使用。只從磁盤讀一次信息，並保持在硬盤中，知道再也不須要，除了第一次讀，其餘都會較快。這就叫磁盤緩存disk buffering，用於此目的的內存叫buffer cache。 　　不幸的是，因爲內存是有限且缺少的資源，buffer cache通常不會足夠大(大到可以裝下全部人可能用到的數據)。當cache滿時，最長時間不用的數據將被丟棄，內存釋放給最新的數據。 　　磁盤緩衝也用於寫操做。要寫的數據常常立刻又被讀(例如一個源代碼文件保存到文件中後又被編譯器讀出)，因此將要寫的數據放在緩衝裏是個好主意。另外，只將數據放如cache而不立刻寫到磁盤，寫操做的程序執行速度更快。寫操做而後能夠在後臺完成，而不下降其餘程序的速度。 　　許多操做系統有buffer caches (即便名稱不一樣),但並不是都根據上述原理。有些是透寫write-through: 數據立刻寫到磁盤(固然也同時寫到cache) 不立刻寫的cache叫回寫write-back。回寫比透寫更有效，但也更容易出錯：若是系統崩潰，或電源忽然掉電，或軟盤在cache回寫前被取出，那麼cache中改變的數據將丟失。這可能意味着文件系統is not in full working order, 可能因爲未寫數據包含了系統記錄信息的重要的變化。 　　所以，千萬不要不通過正常的關閉過程直接關閉電源(見6章), 或沒有unmount就取出軟盤(若是是mount的)，或什麼程序還在用着軟盤，或軟盤燈還在閃。 sync 命令刷新緩衝，即強制將全部未寫數據寫回磁盤，若是要確保全部數據安全回寫，能夠用它。傳統的UNIX系統中，有個update 程序在後臺運行，它每30秒運行一次 sync ，因此一般無須使用sync 。 Linux有一個另外的守侯程序bdflush ，它克服了sync 有時因磁盤I/O負荷過重(由於頻繁的操做)而致使有時系統忽然呆住的問題。 　　Linux下，bdflush 由update 啓動。通常無須考慮它，但若是bdflush 偶爾由於什麼緣由死了，核心會給出警告，此時應該手工啓動它(/sbin/update )。 　　cache並不真正緩衝文件，而是塊，就是磁盤I/O的最小單元(Linux下，通常是1kB)。這樣，全部的目錄、超級塊、其餘文件系統記錄數據和無文件系統磁盤均可以被緩衝。 　　cache的效果決定於其大小。過小的cache幾乎無用；它只能cache不多的數據，而可能在被重用前就被清除了。大小有賴於有多少數據被讀寫，相同的數據的存取頻度。惟一的方法是實驗。 　　若是cache是固定大小，那麼不該該太大，不然，會因爲空閒內存空間過小而使用swap(也很慢)。爲了最有效地使用真實內存，Linux自動使用全部空閒內存做爲buffer cache，當程序須要更多內存時，自動減小cache。 　　Linux下，對cache使用無須作任何工做，它徹底是自動的。除了要正常關閉系統和取出軟盤，無須關心cache。