Linux中Memory与Swap内存学习整理

1.背景介绍

  这篇文章介绍一下Linux中swap与memory。对于memory没什么可说的就是机器的物理内存，读写速度低于cpu一个量级，但是高于磁盘不止一个量级。所以，程序和数据如果在内存的话，会有非常快的读写速度。但是，内存的造价是要高于磁盘的，虽然相对来说价格一直在降低。除此之外，内存的断电丢失数据也是一个原因说不能把所有数据和程序都保存在内存中。既然不能全部使用内存，那数据还有程序肯定不可能一直霸占在内存中。当内存没有可用的，就必须要把内存中不经常运行的程序给踢出去。但是踢到哪里去，这时候swap就出现了。swap全称为swap place，即交换区，当内存不够的时候，被踢出的进程被暂时存储到交换区。当需要这条被踢出的进程的时候，就从交换区重新加载到内存，否则它不会主动交换到真实内存中。

2.swap介绍

  在详细介绍swap之前，我们需要知道的是计算机对内存分为物理内存与虚拟内存（注意虚拟内存和虚拟地址空间的区别）。物理内存就是计算机的实际内存大小，由RAM芯片组成的。虚拟内存则是虚拟出来的、使用磁盘代替内存。虚拟内存的出现，让机器内存不够的情况得到部分解决。当程序运行起来由操作系统做具体虚拟内存到物理内存的替换和加载(相应的页与段的虚拟内存管理)。这里的虚拟内存即所谓的swap。

  当用户提交程序，然后产生进程，在机器上运行。机器会判断当前物理内存是否还有空闲允许进程调入内存运行，如果有那么则直接调入内存进行运行；如果没有，那么会根据优先级选择一个进程挂起，把该进程交换到swap中等待，然后把新的进程调入到内存中运行。根据这种换入和换出，实现了内存的循环利用，让用户感觉不到内存的限制。从这也可以看出swap扮演了一个非常重要的角色，就是暂存被换出的进程。  内存与swap之间是按照内存页为单位来交换数据的，一般Linux中页的大小设置为4kb。而内存与磁盘则是按照块来交换数据的。

3.swap的设置

  从上可以看出，当物理内存使用完或者达到一定比例之后，我们可以使用swap做临时的内存使用。当物理内存和swap都被使用完那么就会出错，out of memory。对于使用多大比例内存之后开始使用swap，在系统的配置文件中可以通过调整参数进行修改。cat  /proc/sys/vm/swappiness 60

该参数可以从0-100进行设置。0就是最大限度使用内存，尽量不使用swap；100就是积极使用swap。这个具体的通过系统的算法进行确定。

 物理内存我们是无法更改的，所以swap的大小设置将会影响应用能否正常运行。那么swap大小如何确定。根据centos官网介绍可以得出如下公式：M = Amount of RAM in GB, and S = Amount of swap in GB, then If M < 2, S = M *2 Else S = M + 2。而且其最小不应该小于32M(never less than 32 MB.)。

  swap分区的数量对性能也有很大的影响。因为swap毕竟还是以磁盘来伪装成内存，交换的操作是磁盘IO的操作而不是内存的load与store操作。如果有多个swap交换区，每个swap会有一定的优先级，该优先级也可以调整。swap空间的分配会以轮流的方式操作于所有的swap，这样会大大均衡IO的负载，加快swap交换的速度。

四：swap相关命令

  swapon/swapoff swap-disk_name：启动和关闭相应的swap_disk_name

  swapon -s ：可以查看当期swap的使用情况，也可以通过 cat /proc/swaps命令查看

 

4、linux的swap内存

一般情况下不会用到swap的，一般物理内存使用在90%以上(默认是这个数，可以自行在/etc/sysctl.conf里设置vm.swappiness参数)，但有的时候，内存会被缓存占用，导致系统开始使用swap空间，此时就需要清理下swap了 这里先说下vm.swappiness参数，设置成vm.swappiness＝10：就是说当内存使用90%以上才会使用swap空间 

第一步：先执行sync命令

 #sync

sync命令用于强制被改变的内容立刻写入磁盘，更新超块信息，以防止释放，sync命令则可用来强制将内存缓冲区中的数据立即写入磁盘中。

第二步：(如果仅仅是清理swap的话，这一步可以不执行)

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

此指令输入立即生效，意在释放所有缓存。 关于drop_caches： drop_caches的详细文档如下： 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:释放页面缓存 echo 2:释放目录文件和inodes echo 3:释放所有缓存(页面缓存，目录文件和inodes)** 如下图是执行完echo3 的cache的对比：

 

第三步：关闭swap,再开户swap

#swapoff -a #swapon -a12

  现在看swap的used的那一项为零了，说明已经清空

 

在Linux下查看内存我们一般用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

下面是对Linux查看内存命令中这些数值的解释：

total:总计物理内存的大小。 used:已使用多大。 free:可用有多少。 Shared:多个进程共享的内存总额。 Buffers/cached:磁盘缓存的大小。

 区别：第二行(mem)的used/free与第三行(-/+ buffers/cache) used/free的区别。 这两个的区别在于使用的角度来看，第一行是从OS的角度来看，因为对于OS，buffers/cached 都是属于被使用，所以他的可用内存是16176KB,已用内存是3250004KB,其中包括，内核（OS）使用+Application(X, oracle,etc)使用的+buffers+cached. 第三行所指的是从应用程序角度来看，对于应用程序来说，buffers/cached 是等于可用的，因为buffer/cached是为了提高文件读取的性能，当应用程序需在用到内存的时候，buffer/cached会很快地被回收。 所以从应用程序的角度来说，可用内存=系统free memory+buffers+cached。 如上例： 2795064=16176+110652+2668236

接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。 当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换。 Linux查看内存命令时如何看额定值： 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查看的结果： [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（内存镜像）： [root@scs-2 tmp]# ll -h /proc/kcore  -r-------- 1 root root 4.1G Jun 12 12:04 /proc/kcore

备注： 占用内存的测量 测量一个进程占用了多少内存，linux为我们提供了一个很方便的方法，/proc目录为我们提供了所有的信息，实际上top等工具也通过这里来获取相应的信息。 /proc/meminfo 机器的内存使用信息 /proc/pid/maps pid为进程号，显示当前进程所占用的虚拟地址。 /proc/pid/statm 进程所占用的内存 [root@localhost ~]# cat /proc/self/statm 654 57 44 0 0 334 0

Linux查看内存命令的输出解释 CPU 以及CPU0。。。的每行的每个参数意思（以第一行为例）为：

参数 解释 /proc//status Size (pages) 任务虚拟地址空间的大小 VmSize/4 Resident(pages) 应用程序正在使用的物理内存的大小 VmRSS/4 Shared(pages) 共享页数 \ Trs(pages) 程序所拥有的可执行虚拟内存的大小 VmExe/4 Lrs(pages) 被映像到任务的虚拟内存空间的库的大小 VmLib/4 Drs(pages) 程序数据段和用户态的栈的大小 （VmData+ VmStk ）4

dt(pages) 04

查看机器可用内存 /proc/28248/>free total used free shared buffers cached Mem: 1023788 926400 97388 0 134668 503688 -/+ buffers/cache: 288044 735744 Swap: 1959920 89608 1870312

我们通过free命令查看机器空闲内存时，会发现free的值很小。这主要是因为，在linux中有这么一种思想，内存不用白不用，因此它尽可能的cache和buffer一些数据，以方便下次使用。但实际上这些内存也是可以立刻拿来使用的。

所以 空闲内存=free+buffers+cached=total-used