Linux虚拟内存和物理内存

我们都知道,直接从内存读写数据要比从硬盘读写数据快得多,因此更希望所有数据的读取和写入都在内存中完成,然而内存是有限的,这样就引出了物理内存与虚拟内存的概念。

物理内存就是系统硬件提供的内存大小,是真正的内存。相对于物理内存,在 Linux 下还有一个虚拟内存的概念,虚拟内存是为了满足物理内存的不足而提出的策略,它是利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存。用作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间(又称 swap 空间)。

作为物理内存的扩展,Linux 会在物理内存不足时,使用交换分区的虚拟内存,更详细地说,就是内核会将暂时不用的内存块信息写到交换空间,这样一来,物理内存得到了释放,这块内存就可以用于其他目的,当需要用到原始的内容时,这些信息会被重新从交换空间读入物理内存。

Linux 的内存管理采取的是分页存取机制,为了保证物理内存能得到充分的利用,内核会在适当的时候将物理内存中不经常使用的数据块自动交换到虚拟内存中,而将经常使用的信息保留到物理内存。

要深入了解 Linux 内存运行机制,需要知道下面提到的几个方面:
  • 首先,Linux 系统会不时地进行页面交换操作,以保持尽可能多的空闲物理内存,即使并没有什么事情需要内存,Linux 也会交换出暂时不用的内存页面,因为这样可以大大节省等待交换所需的时间。
  • 其次,Linux 进行页面交换是有条件的,不是所有页面在不用时都交换到虚拟内存,Linux 内核根据“最近最经常使用”算法,仅仅将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存。

有时我们会看到这么一个现象,Linux 物理内存还有很多,但是交换空间也使用了很多,其实这并不奇怪。例如,一个占用很大内存的进程运行时,需要耗费很多内存资源,此时就会有一些不常用页面文件被交换到虚拟内存中,但后来这个占用很多内存资源的进程结束并释放了很多内存时,刚才被交换出去的页面文件并不会自动交换进物理内存(除非有这个必要),那么此时系统物理内存就会空闲很多,同时交换空间也在被使用,就出现了刚才所说的现象了。

最后,交换空间的页面在使用时会首先被交换到物理内存,如果此时没有足够的物理内存来容纳这些页面,它们又会被马上交换出去,如此一来,虚拟内存中可能没有足够的空间来存储这些交换页面,最终会导致 Linux 出现假死机、服务异常等问题。Linux 虽然可以在一段时间内自行恢复,但是恢复后的系统己经基本不可用了。

因此,合理规划和设计 Linux 内存的使用是非常重要的,关于物理内存和交换空间的大小设置问题,取决于实际所用的硬盘大小,但大致遵循这样一个基本原则:
  1. 如果内存较小(根据经验,物理内存小于 4GB),一般设置 swap 分区大小为内存的 2 倍;
  2. 如果物理内存大于 4GB,而小于 16GB,可以设置 swap 分区大小等于物理内存;
  3. 如果内存大小在 16GB 以上,可以设置 swap 为 0,但并不建议这么做,因为设置一定大小的 swap 分区是有一定作用的。

关于如何建立 swap 分区,可阅读《Linux swap分区及作用》一节做详细了解。

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