Linux 메모리 관리 : 페이지 테이블, 스와핑 및 메모리 할당 이해

소개

메모리 관리는 현대 운영 체제의 핵심 측면으로, 시스템 메모리의 효율적인 할당 및 해제를 보장합니다. 강력하고 널리 사용되는 운영 체제로서 Linux는 정교한 기술을 사용하여 메모리를 효율적으로 관리합니다. 페이지 테이블, 스왑 및 메모리 할당과 같은 주요 개념을 이해하는 것은 시스템 관리자, 개발자 및 하단에 Linux를 사용하는 사람에게 중요합니다.

이 기사에서는 Linux 메모리 관리가 심층적으로 설명하고 페이지 테이블의 복잡성, 교환의 역할 및 다양한 메모리 할당 메커니즘을 탐색합니다. 읽은 후 독자는 Linux가 메모리를 처리하는 방법과 더 나은 성능을 위해 메모리를 최적화하는 방법에 대한 통찰력을 얻게됩니다.

Linux 페이지 테이블을 이해하십시오

가상 메모리 란 무엇입니까? 대부분의 최신 운영 체제와 마찬가지로 Linux는 가상 메모리를 구현하여 프로세스에 거대한 연속 메모리 공간의 환상을 제공합니다. 가상 메모리는 효율적으로 멀티 태스킹을하고 프로세스를 분리하며 물리적으로 사용 가능한 메모리보다 더 많은 메모리에 액세스 할 수 있습니다. 가상 메모리의 핵심 메커니즘은 가상 주소를 물리적 메모리 위치에 매핑하는 페이지 테이블 입니다.

페이지 테이블 작업 페이지 페이지 테이블은 가상 주소를 물리적 주소로 변환하기 위해 Linux 커널에서 사용하는 데이터 구조입니다. 메모리는 페이지 (일반적으로 4KB 크기)라는 고정 크기 블록으로 관리되므로 각 프로세스는 어떤 가상 페이지가 어떤 물리적 페이지에 해당하는지 추적하는 페이지 테이블을 유지합니다.

다단계 페이지 테이블

최신 컴퓨팅의 넓은 주소 공간 (예 : 64 비트 아키텍처)으로 인해 단일 레벨 페이지 테이블은 비효율적이며 너무 많은 메모리를 소비합니다. 따라서 Linux는 계층 적 다단계 페이지 테이블 방법을 사용합니다.

1. 단일 레벨 페이지 테이블 (소량의 메모리가있는 오래된 32 비트 시스템에서 사용)
2. 2 레벨 페이지 테이블 (페이지 테이블을 작은 청크로 나누어 효율성 향상)
3. 레벨 3 페이지 테이블 (일부 아키텍처에서 더 나은 확장 성)
4. 레벨 4 페이지 테이블 (최신 64 비트 리눅스 시스템의 표준 주소를 작은 부품으로 나누는 것)

각 레벨은 실제 물리적 주소가 포함 된 마지막 항목까지 페이지 테이블의 다음 부분을 찾는 데 도움이됩니다.

페이지 테이블 항목 (PTE) 및 해당 구성 요소* 페이지 테이블 항목 (PTE) **와 같은 기본 정보가 포함됩니다.

• 실제 페이지 프레임 번호.
• 액세스 제어 비트 (읽기/쓰기/실행 권한).
• 약간 존재합니다 (페이지가 RAM에 있는지 또는 디스크로 바뀌 었는지를 나타냅니다).
• 더러운 (페이지가 수정되었는지 여부를 나타냅니다).
• 참조 비트 (페이지 순열 알고리즘).

성능 참고 : 바이 패스 버퍼 (TLB) 변환 멀티 레벨 페이지 테이블이 느리기 때문에 모든 메모리 액세스, 최신 CPU는 Convert Bypass Buffer (TLB) 라는 하드웨어 캐시를 사용합니다. TLB는 최근의 가상에서 물리적 주소 변환을 저장하여 필요한 메모리 액세스 수를 줄임으로써 성능을 크게 향상시킵니다.

Linux에서 스왑 : 물리적 한계를 넘어 메모리를 확장하십시오

Exchange 란 무엇입니까? 스왑은 메모리가 불충분 할 때 Linux가 RAM에서 디스크로 드물게 사용 된 메모리 페이지를 사용하는 메커니즘입니다. 이 프로세스를 통해 시스템은 사용 가능한 물리적 메모리를 초과하는 워크로드를 처리 할 수 ​​있습니다.

스왑이 작동하는 방법 Linux는 전용 스왑 공간을 보유하고 있습니다.

• 교환 파티션 (스왑 전용 별도의 디스크 파티션).
• 스왑 파일 (스왑 공간으로 사용되는 파일 시스템의 파일).

프로세스에 사용 가능한 것보다 더 많은 메모리가 필요한 경우 커널은 페이지 순열 알고리즘을 사용하여 교체 할 페이지를 결정합니다.

페이지 순열 알고리즘 Linux는 다른 알고리즘을 사용하여 교체 할 페이지를 결정합니다.

• 최근에 사용 된 최소 (LRU) : 가장 긴 미사용 페이지가 먼저 교환됩니다.
• 최근 사용되지 않음 (NRU) : 페이지 액세스 및 수정 비트를 기반으로 페이지를 분류하십시오.
• 클럭 알고리즘 : 사용량을 효과적으로 근사화 할 수있는 단순화 된 LRU 버전.

교환 사용 관리 ** Swappiness 매개 변수는 Linux Exchange 페이지의 양성을 제어합니다. 이 값은 0 ~ 100 **입니다 .

• 낮은 값 (예 : 10-20) : 페이지를 가능한 한 오래 유지하십시오.
• 높은 값 (예 : 60-100) : RAM을 해제하기 위해 더 적극적으로 교환합니다.

Swappiness를 확인하고 조정하려면 :

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

교환 사용을 모니터링하려면 :

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

스위칭 성능 최적화 - 스왑 스토리지에 빠른 SSD를 사용하여 성능 저하를 줄입니다.

• 스왑을 최소화하기에 충분한 RAM이 있는지 확인하십시오.
• 워크로드 요구 사항에 따라 스왑 성을 조정하십시오.

Linux의 메모리 할당

물리적 메모리 및 가상 메모리 할당 Linux는 메모리를 세 가지 영역으로 나눕니다.

• DMA (직접 메모리 액세스) : 직접 메모리 액세스가 필요한 하드웨어 용 예약.
• 일반 영역 : 커널 및 사용자 프로세스에 사용 가능한 메모리.
• 높은 메모리 : 물리적 메모리가 직접 주소 범위를 초과 할 때 사용됩니다.

커널 메모리 할당 메커니즘 1. 파트너 시스템 : 단편화를 줄이기 위해 2 블록의 전력으로 메모리를 할당합니다. 2. 슬래브 할당 자 : 자주 할당/해제되는 작은 물체를 효과적으로 관리합니다. 3. SLOB 및 SLUB 할당 자 : 다른 워크로드에 최적화 된 대체 할당 전략.

사용자 공간 메모리 할당 -Malloc () : 사용자 공간에 메모리를 할당하십시오.

• brk () & sbrk () : 프로세스 힙을 크기를 조정하십시오.
• mmap () : 커널에서 직접 큰 메모리 영역을 할당하십시오.

메모리 처리 (OOM) 상황 메모리가 소진되면 Linux OOM 킬러는 RAM을 자유롭게하기 위해 프로세스를 선택하고 종료합니다. 로그는 다음과 같이 확인할 수 있습니다.

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

실용적인 통찰력과 모범 사례

모니터 메모리 사용 - 실시간 모니터링을 위해 상단 및 HTOP을 사용하십시오.

• 무료 -m을 사용하여 메모리 통계를 얻으십시오.
• 자세한 정보를 얻으려면 /proc /meminfo를 사용합니다.
• PMAP를 사용하여 특정 프로세스에 대한 메모리 맵을 얻으십시오.

메모리 성능 최적화 - RAM의 균형을 맞추고 사용량을 바꾸어 스왑 성을 조정하십시오.

• 메모리 CGROUP을 사용하여 프로세스의 메모리 소비를 제한하십시오.
• 큰 메모리 할당에 큰 페이지를 사용하십시오.
• 애플리케이션 메모리 풋 프린트를 최적화하여 오버 스가 랩을 방지하십시오.

결론적으로

Page 테이블, 스왑 및 메모리 할당 - Linux 메모리 관리 이해 시스템 관리자 및 개발자는 성능을 효과적으로 최적화하고 문제를 해결합니다. 도구와 기술을 통해 메모리 처리를 모니터링, 조정 및 향상시킬 Linux는 다양한 워크로드를위한 강력하고 유연한 운영 체제로 남아 있습니다.

이러한 개념을 마스터하면 시스템이 효율적으로 실행되고 메모리 제약 하에서 잘 응답하여 전반적인 성능과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

위 내용은 Linux 메모리 관리 : 페이지 테이블, 스와핑 및 메모리 할당 이해의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!