linux記憶體管理

在Linux中經常發現空閒記憶體很少，似乎所有的記憶體都被系統佔用了，表面感覺是記憶體不夠用了，其實不然。這是Linux記憶體管理的一個優秀特性，在這方面，區別於的記憶體管理。主要特點是，無論實體記憶體有多大，Linux 都將其充份利用，將一些程式呼叫過的硬碟資料讀入記憶體，利用記憶體讀寫的高速特性來提高Linux系統的資料訪問效能。而Windows是隻在需要記憶體時，才為應用程式分配記憶體，並不能充分利用大容量的記憶體空間。換句話說，每增加一些實體記憶體，Linux都將能充分利用起來，發揮了硬體投資帶來的好處，而Windows只將其做為擺設，即使增加8GB甚至更大。

Linux的這一特性，主要是利用空閒的實體記憶體，劃分出一部份空間，做為cache、buffers ，以此提高資料訪問效能。

頁快取記憶體(cache)是Linux核心實現的一種主要磁碟快取。它主要用來減少對磁碟的I/O操作。具體地講，是透過把磁碟中的資料快取到實體記憶體中，把對磁碟的訪問變為對物理 記憶體的訪問。

磁碟快取記憶體的價值在於兩個方面：第一，訪問磁碟的速度要遠遠低於訪問記憶體的速度，因此，從記憶體訪問資料比從磁碟訪問速度更快。第二，資料一旦被訪問，就很有可能在短期內再次被訪問到。

我們知道，直接從實體記憶體讀寫資料要比從硬碟讀寫資料要快的多，因此，我們希望所有資料的讀取和寫入都在記憶體完成，而記憶體是有限的，這樣就引出了實體記憶體與虛擬記憶體的概念。

實體記憶體就是系統硬體提供的記憶體大小，是真正的記憶體，相對於實體記憶體，在Linux下還有一個虛擬記憶體的概念，虛擬記憶體就是為了滿足實體記憶體的不足而提出的策略，它是利用磁碟空間虛擬出的一塊邏輯記憶體，用作虛擬記憶體的磁碟空間被稱為交換空間（Swap Space）。

作為實體記憶體的擴充套件，Linux會在實體記憶體不足時，使用交換分割槽的虛擬記憶體，更詳細的說，就是核心會將暫時不用的記憶體塊資訊寫到交換空間，這樣以來，實體記憶體得到了釋放，這塊記憶體就可以用於其它目的，當需要用到原始的內容時，這些資訊會被重新從交換空間讀入實體記憶體。

Linux的記憶體管理採取的是分頁存取機制，為了保證實體記憶體能得到充分的利用，核心會在適當的時候將實體記憶體中不經常使用的資料塊自動交換到虛擬記憶體中，而將經常使用的資訊保留到實體記憶體。

要深入瞭解Linux記憶體執行機制，需要知道下面提到的幾個方面：

1. Linux系統會不時的進行頁面交換操作，以保持儘可能多的空閒實體記憶體，即使並沒有什麼事情需要記憶體，Linux也會交換出暫時不用的記憶體頁面。這可以避免等待交換所需的時間。
2. Linux進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記憶體，Linux核心根據”最近最經常使用“演算法，僅僅將一些不經常使用的頁面檔案交換到虛擬記憶體，有時我們會看到這麼一個現象：Linux實體記憶體還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實，這並不奇怪，例如，一個佔用很大記憶體的程式執行時，需要耗費很多記憶體資源，此時就會有一些不常用頁面檔案被交換到虛擬記憶體中，但後來這個佔用很多記憶體資源的程式結束並釋放了很多記憶體時，剛才被交換出去的頁面檔案並不會自動的交換進實體記憶體，除非有這個必要，那麼此刻系統實體記憶體就會空閒很多，同時交換空間也在被使用，就出現了剛才所說的現象了。關於這點，不用擔心什麼，只要知道是怎麼一回事就可以了。
3. 交換空間的頁面在使用時會首先被交換到實體記憶體，如果此時沒有足夠的實體記憶體來容納這些頁面，它們又會被馬上交換出去，如此以來，虛擬記憶體中可能沒有足夠空間來儲存這些交換頁面，最終會導致Linux出現假當機、服務異常等問題，Linux雖然可以在一段時間內自行恢復，但是恢復後的系統已經基本不可用了。

因此，合理規劃和設計Linux記憶體的使用，是非常重要的.

buffers是用來緩衝塊裝置做的，它只記錄檔案系統的後設資料（metadata）以及 tracking in-flight pages，而cached是用來給檔案做緩衝。更通俗一點說：buffers主要用來存放目錄裡面有什麼內容，檔案的屬性以及許可權等等。而cached直接用來記憶我們開啟過的檔案和程式。Linux會在需要記憶體的時候，或在系統執行逐步推進時，將buffers和cached狀態的記憶體變為free狀態的記憶體，以供系統使用。對於應用程式來說，buffers/cached佔有的記憶體是可用的，因為buffers/cached是為了提高檔案讀取的效能，當應用程式需要用到記憶體的時候，buffers/cached會很快地被回收，以供應用程式使用。 linux核心基本是先把資料都放在記憶體上的，記憶體不夠才放到交換分割槽（虛擬記憶體）上，細節是，只有頻繁使用的資料才會放到記憶體上，不頻繁操作的資料會漸漸放到交換分割槽上，適當時寫回硬碟裡。而windows的處理方式是  記憶體和虛擬記憶體一起使用，不是以記憶體操作為主，這樣的結果是IO的負擔比較大，有時會拖慢處理速度。linux的哲學是，儘可能使用記憶體，因為記憶體的速度比硬碟速度快100多倍。在linux中，記憶體使用是按照最大化原則來的，也就是說你的記憶體在滿足應用使用的情況下，剩餘部分會被當作快取記憶體來使用。看你的記憶體夠不夠用關鍵看的是swap區的使用量，swap區使用量較小或者不使用則說明你的記憶體是足夠使用的，如果swap區不停的在增長，或者使用了很多則說明你的記憶體已經不夠用了。