Linux -Speicherverwaltung: Verständnis von Seitentabellen, Tausch- und Speicherzuweisung

Einführung

Die Speicherverwaltung ist ein wesentlicher Aspekt in modernen Betriebssystemen, um eine effiziente Allokation und Freisetzung des Systemspeichers zu gewährleisten. Als leistungsstarkes und weit verbreitetes Betriebssystem verwendet Linux hoch entwickelte Techniken, um den Speicher effizient zu verwalten. Das Verständnis der Schlüsselkonzepte wie Seitentabellen, Swaps und Speicherzuweisung ist für Systemadministratoren, Entwickler und alle, die Linux unten verwenden, von entscheidender Bedeutung.

In diesem Artikel wird die Linux -Speicherverwaltung in der Tiefe erörtert und die Komplexität von Seitentabellen, die Rolle des Austauschs und unterschiedliche Speicherzuweisungsmechanismen untersucht. Nach dem Lesen erhalten die Leser Einblick in die Behandlung von Speicher und die Optimierung des Speichers für eine bessere Leistung.

Verstehen Sie Linux -Seitentabellen

Was ist virtueller Gedächtnis? Wie die meisten modernen Betriebssysteme implementiert Linux den virtuellen Speicher und bietet den Prozess mit einer Illusion eines riesigen kontinuierlichen Speicherraums. Der virtuelle Speicher ist in der Lage, Multitasking effizient zu isolieren, Prozesse zu isolieren und auf mehr Speicher als den physikalisch verfügbaren Speicher zuzugreifen. Der Kernmechanismus des virtuellen Speichers ist die Seitentabelle , die virtuelle Adressen an physikalische Speicherorte ordnet.

Wie Seitentabellen Arbeitstabellen sind , sind Datenstrukturen, die vom Linux -Kernel verwendet werden, um virtuelle Adressen in physische Adressen umzuwandeln. Da der Speicher in Blöcken fester Größe verwaltet wird, die als Seiten bezeichnet werden (normalerweise 4 KB in Größe), verwaltet jeder Prozess eine Seitentabelle, die verfolgt, welche virtuellen Seiten den physikalischen Seiten entsprechen.

Multi-Level-Seitentabelle

Aufgrund des großen Adressraums im modernen Computer (z. B. einer 64-Bit-Architektur) sind einstufige Seitentabellen ineffizient und verbrauchen zu viel Speicher. Daher verwendet Linux eine hierarchische Methode für die Multi-Level-Seiten-Tabellentabelle :

1. Einstufige Seitentabelle (verwendet in alten 32-Bit-Systemen mit einer geringen Menge an Speicher)
2. Zwei-Stufe-Seitentabelle (Verbesserung der Effizienz durch Brechen von Seitentabellen in kleinere Stücke)
3. Tabelle Stufe 3 (für eine bessere Skalierbarkeit in einigen Architekturen)
4. Tabelle Stufe 4 (Standard in modernen 64-Bit-Linux-Systemen, die die Adresse in kleinere Teile unterteilen)

Jede Ebene hilft, den nächsten Teil der Seitentabelle bis zum letzten Eintrag zu finden, der die tatsächliche physische Adresse enthält.

Page Table -Eintrag (PTE) und seine Komponenten* Page Table Entry (PTE) ** Enthält grundlegende Informationen, wie z. B.:

• Physische Seitenrahmennummer .
• Zugriffskontrollbit (Read/Write/Frea -Erlaubnis).
• Es gibt ein bisschen (gibt an, ob die Seite im RAM ist oder auf die Festplatte ausgetauscht wurde).
• Schmutzig (gibt an, ob die Seite geändert wurde).
• Referenzbits (für den Seitenpermutationsalgorithmus).

Leistungsnotiz: Bypass-Puffer (TLB) konvertieren, da es nur langsam über Multi-Level-Seitentabellen in jedem Speicherzugriff durchquert wird. TLB speichert die jüngsten virtuellen virtuellen Übersetzungen mit physischen Adressadressen und verbessert die Leistung erheblich, indem die Anzahl der erforderlichen Speicherzugriffszugriffe verringert wird.

Swap in Linux: Erweitern Sie das Gedächtnis über die physischen Einschränkungen hinaus

Was ist Austausch? Swap ist ein Mechanismus, bei dem Linux selten verwendete Speicherseiten von RAM zu Scheibe (Swap -Raum) bewegt, wenn das Speicher nicht ausreicht. Mit diesem Vorgang kann das System Workloads verarbeiten, die den verfügbaren physischen Speicher überschreiten.

Wie Swap funktioniert Linux Reserven Dedizierter Tauschraum, der sein kann:

• Swap -Partition (eine separate Festplattenpartition, die dem Swap gewidmet ist).
• Swap -Dateien (Dateien auf Dateisystemen, die als Swap -Speicherplatz verwendet werden).

Wenn der Vorgang mehr Speicher als verfügbar erfordert, verwendet der Kernel den Seitenpermutationsalgorithmus, um zu entscheiden, welche Seiten ausgetauscht werden sollen.

Page Permutation Algorithmus Linux verwendet verschiedene Algorithmen, um zu entscheiden, welche Seiten ausgetauscht werden sollen:

• Schosen kürzlich verwendet (LRU) : Die längste unbenutzte Seite wird zuerst ausgetauscht.
• Kürzlich nicht verwendet (NRU) : Seiten basierend auf Seitenzugriffs- und Änderungsbits klassifizieren.
• Taktalgorithmus : Eine vereinfachte Version von LRU, die die Verwendung effektiv annähern kann.

Verwalten Sie den Austauschnutzung ** Der Swappiness -Parameter steuert die Positivität von Linux -Austauschseiten. Dieser Wert reicht von 0 bis 100 **:

• Niedriger Wert (z. B. 10-20): Halten Sie die Seite so lange wie möglich im RAM.
• Hohe Werte (z. B. 60-100): aggressiver austauschen, um RAM freizusetzen.

Um den Swappiness zu überprüfen und anzupassen:

 <code>cat /proc/sys/vm/swappiness sudo sysctl vm.swappiness=30</code>

Überwachung der Austauschnutzung:

 <code>free -m vmstat 2 swapon -s</code>

Optimieren Sie die Schaltleistung - Verwenden Sie schnelle SSDs für den Swap -Speicher, um die Leistungsverschlechterung zu verringern.

• Stellen Sie sicher, dass es genügend RAM gibt, um Swaps zu minimieren.
• Passen Sie den Swappiness entsprechend den Anforderungen an die Arbeitsbelastung an.

Speicherzuweisung unter Linux

Physischer Speicher und Virtual Memory Allocation LINUX unterteilt den Speicher in drei Bereiche:

• DMA (Direktspeicherzugriff) : REANDED für Hardware, für die direkter Speicherzugriff erforderlich ist.
• Normaler Bereich : Speicher für die Kernel- und Benutzerprozesse zur Verfügung.
• Hoher Speicher : Wird verwendet, wenn der physische Speicher den direkten adressierbaren Bereich überschreitet.

Kernel -Speicherzuweisungsmechanismus 1. Partnersystem : Zuwach von 2 Blöcken zuweisen, um die Fragmentierung zu verringern. 2. Slab Allocator : Verwalten Sie effektiv kleine Objekte, die häufig zugewiesen/freigegeben werden. 3 ..

UserSpace -Speicherzuweisung - malloc (): Speicher in UserSpace zuweisen.

• BRK () & SBRK (): Größe der Größe des Prozesshaufens.
• MMAP (): Zuordnen große Speicherbereiche direkt aus dem Kernel.

OM -Situation (Memory), wenn der Speicher erschöpft ist, wählt und endet der Vorgang, um den RAM freizugeben. Die Protokolle können überprüft werden von:

 <code>dmesg | grep -i 'oom'</code>

Praktische Erkenntnisse und Best Practices

Überwachung der Speicherverwendung - Verwenden Sie Top und HTOP für die Echtzeitüberwachung.

• Verwenden Sie kostenlose -m, um Speicherstatistiken zu erhalten.
• Verwenden Sie /proc /meminfo, um detaillierte Informationen zu erhalten.
• Verwenden Sie PMAP, um die Speicherkarte für einen bestimmten Prozess abzurufen.

Optimieren Sie die Speicherleistung - STALL -SWAPINESS , um den RAM auszugleichen und die Nutzung auszutauschen.

• Verwenden Sie Speicher -CGroups, um den Speicherverbrauch von Prozessen zu begrenzen.
• Verwenden Sie riesige Seiten für große Speicherzuweisung.
• Optimieren Sie die Anwendungsspeicher -Fußabdruck, um OverSwap zu verhindern.

abschließend

Verständnis der Linux -Speicherverwaltung - PAGE -Tabellen, Swaps und Speicherzuweisung - setzt Systemadministratoren und Entwickler zur effektiven Optimierung der Leistung und zur Fehlerbehebungsprobleme. Durch Tools und Technologien zur Überwachung, Einstellung und Verbesserung der Speicherverarbeitung bleibt Linux ein leistungsstarkes und flexibles Betriebssystem für eine Vielzahl von Workloads.

Durch das Beherrschen dieser Konzepte können Sie sicherstellen, dass Ihr System effizient ausgeführt wird und unter Speicherbeschränkungen gut reagiert und die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit verbessert.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonLinux -Speicherverwaltung: Verständnis von Seitentabellen, Tausch- und Speicherzuweisung. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!