Linux記憶體機制以及手動釋放swap和buffer和cache

本文介紹linux記憶體機制、虛擬記憶體swap、buffer/cache釋放等原理及實作。 

一、什麼是linux的記憶體機制？ 

二、linux什麼時候開始使用虛擬記憶體（swap)？ 

三、怎麼釋放記憶體？四、怎麼釋放swap？

一、什麼是linux的記憶體機制？

我們知道，直接從實體記憶體讀取和寫入資料比從硬碟讀取和寫入資料快的多，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，這樣就引出了物理記憶體與虛擬記憶體的概念。

物理內存就是系統硬體提供的內存大小，是真正的內存，相對於物理內存，在linux下還有一個虛擬內存的概念，虛擬內存就是為了滿足物理內存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內存，用作虛擬內存的磁碟空間被稱為交換空間（Swap Space）。

作為物理內存的擴展，linux會在物理內存不足時，使用交換分區的虛擬內存，更詳細的說，就是內核會將暫時不用的內存塊信息寫到交換空間，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物理記憶體。

Linux的記憶體管理採取的是分頁存取機制，為了確保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常使用的資料區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。

要深入了解linux記憶體運行機制，需要知道下面提到的幾個方面：

Linux系統會不時的進行頁面交換操作，以保持盡可能多的空閒物理內存，即使並沒有什麼事情需要內存，Linux也會交換出暫時不用的內存頁面。這可以避免等待交換所需的時間。

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內存，linux內核根據”最近最經常使用“算法，僅僅將一些不經常使用的頁面文件交換到虛擬內存，有時我們會看到這麼一個現象：linux物理內存還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實，這並不奇怪，例如，一個佔用很大內存的進程運行時，需要耗費很多內存資源，此時就會有一些不常用頁面文件被交換到虛擬內存中，但後來這個佔用很多內存資源的當進程結束並釋放了很多內存時，剛才被交換出去的頁面文件並不會自動的交換進物理內存，除非有這個必要，那麼此刻系統物理內存就會空閒很多，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。

交換空間的頁面在使用時會首先被交換到物理內存，如果此時沒有足夠的物理內存來容納這些頁面，它們又會被馬上交換出去，如此以來，虛擬內存中可能沒有足夠空間來儲存這些交換頁面，最終會導致linux出現假死機、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上不可用了。

因此，合理規劃和設計Linux記憶體的使用，是非常重要的.

在Linux 作業系統中，當應用程式需要讀取檔案中的資料時，作業系統先分配一些內存，將數據從磁碟讀入到這些內存中，然後再將數據分發給應用程式；當需要往文件中寫數據時，作業系統先分配內存接收用戶數據，然後再將數據從內存寫入磁碟上。然而，如果有大量數據需要從磁碟讀取到記憶體或由記憶體寫入磁碟時，系統的讀寫效能就變得非常低下，因為無論是從磁碟讀取數據，還是寫資料到磁碟，都是一個很消耗時間和資源的過程，在這種情況下，Linux引入了buffers和cached機制。

buffers與cached都是內存操作，用來保存系統曾經打開過的文件以及文件屬性信息，這樣當操作系統需要讀取某些文件時，會首先在buffers 與cached內存區查找，如果找到，直接讀出傳送給應用程序，如果沒有找到需要數據，才從磁碟讀取，這就是作業系統的快取機制，透過緩存，大大提高了作業系統的效能。但buffers與cached緩衝的內容卻是不同的。

buffers是用來緩衝區塊裝置做的，它只記錄檔案系統的元資料（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，檔案的屬性以及權限等等。而cached直接用來記憶我們打開過的檔案和程式。

為了驗證我們的結論是否正確，可以透過vi打開一個非常大的文件，看看cached的變化，然後再次vi這個文件，感覺一下兩次打開的速度有何異同，是不是第二次開啟的速度明顯快於第一次呢？接著執行下面的指令：

find / -name .conf看看buffers的值是否會變化，然後重複執行find指令，看看兩次顯示速度有何不同。

二、linux什麼時候開始使用虛擬記憶體（swap)？

[root@wenwen ~]# cat /proc/sys/vm/swappiness
60

上面這個60代表物理內存在使用40%的時候才會使用swap（參考網路資料：當剩餘物理記憶體低於40%（40 =100-60）時，開始使用交換空間）swappiness=0的時候表示最大限度使用物理內存，然後才是swap空間，swappiness＝100的時候表示積極的使用swap分區，並且把內存上的數據及時的搬運到swap空間裡面。

值越大表示越傾向於使用swap。可以設為0，這樣做並不會禁止對swap的使用，只是盡量降低了使用swap的可能性。

通常情况下：swap分区设置建议是内存的两倍 （内存小于等于4G时），如果内存大于4G，swap只要比内存大就行。另外尽量的将swappiness调低，这样系统的性能会更好。

B.修改swappiness参数

临时性修改：
[root@wenwen ~]# sysctl vm.swappiness=10
vm.swappiness = 10
[root@wenwen ~]# cat /proc/sys/vm/swappiness
10

永久性修改：

[root@wenwen ~]# vim /etc/sysctl.conf
加入参数：
vm.swappiness = 35
然后在直接：
[root@wenwen ~]# sysctl -p /etc/sysctl.conf
查看是否生效：
cat /proc/sys/vm/swappiness
35

立即生效，重启也可以生效。

三、怎么释放内存？

一般系统是不会自动释放内存的关键的配置文件/proc/sys/vm/drop_caches。这个文件中记录了缓存释放的参数，默认值为0，也就是不释放缓存。他的值可以为0~3之间的任意数字，代表着不同的含义：

0 – 不释放1 – 释放页缓存2 – 释放dentries和inodes3 – 释放所有缓存

实操：

很明显多出来很多空闲的内存了吧

四、怎麼釋放swap？

前提：首先要確保記憶體剩餘大於等於swap使用量，否則會宕機！根據記憶體機制，swap分割區一旦釋放，所有存放在swap分割區的檔案都會轉存到實體記憶體上。通常透過重新掛載swap分割區完成釋放swap。

a.查看目前swap分割區掛載在哪裡？ b.關停這個分割區c.查看狀態：d.查看swap分割區是否關停，最下面一行顯示全e.將swap掛載到/dev/sda5上f.查看掛載是否成功

以上是Linux記憶體機制以及手動釋放swap和buffer和cache的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！