Linux內(nèi)存機(jī)制：手動(dòng)釋放Swap、Buffer和Cache

一、什么是linux的內(nèi)存機(jī)制？

我們知道，直接從物理內(nèi)存讀寫(xiě)數(shù)據(jù)要比從硬盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)要快的多，因此，我們希望所有數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入都在內(nèi)存完成，而內(nèi)存是有限的，這樣就引出了物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存的概念。

物理內(nèi)存就是系統(tǒng)硬件提供的內(nèi)存大小，是真正的內(nèi)存，相對(duì)于物理內(nèi)存，在linux下還有一個(gè)虛擬內(nèi)存的概念，虛擬內(nèi)存就是為了滿(mǎn)足物理內(nèi)存的不足而提出的策略，它是利用磁盤(pán)空間虛擬出的一塊邏輯內(nèi)存，用作虛擬內(nèi)存的磁盤(pán)空間被稱(chēng)為交換空間（Swap Space）。

作為物理內(nèi)存的擴(kuò)展，linux會(huì)在物理內(nèi)存不足時(shí)，使用交換分區(qū)的虛擬內(nèi)存，更詳細(xì)的說(shuō)，就是內(nèi)核會(huì)將暫時(shí)不用的內(nèi)存塊信息寫(xiě)到交換空間，這樣以來(lái)，物理內(nèi)存得到了釋放，這塊內(nèi)存就可以用于其它目的，當(dāng)需要用到原始的內(nèi)容時(shí)，這些信息會(huì)被重新從交換空間讀入物理內(nèi)存。

Linux的內(nèi)存管理采取的是分頁(yè)存取機(jī)制，為了保證物理內(nèi)存能得到充分的利用，內(nèi)核會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑽锢韮?nèi)存中不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)塊自動(dòng)交換到虛擬內(nèi)存中，而將經(jīng)常使用的信息保留到物理內(nèi)存。

要深入了解linux內(nèi)存運(yùn)行機(jī)制，需要知道下面提到的幾個(gè)方面：

Linux系統(tǒng)會(huì)不時(shí)的進(jìn)行頁(yè)面交換操作，以保持盡可能多的空閑物理內(nèi)存，即使并沒(méi)有什么事情需要內(nèi)存，Linux也會(huì)交換出暫時(shí)不用的內(nèi)存頁(yè)面。這可以避免等待交換所需的時(shí)間。

Linux 進(jìn)行頁(yè)面交換是有條件的，不是所有頁(yè)面在不用時(shí)都交換到虛擬內(nèi)存，linux內(nèi)核根據(jù)”最近最經(jīng)常使用“算法，僅僅將一些不經(jīng)常使用的頁(yè)面文件交換到虛擬 內(nèi)存，有時(shí)我們會(huì)看到這么一個(gè)現(xiàn)象：linux物理內(nèi)存還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實(shí)，這并不奇怪，例如，一個(gè)占用很大內(nèi)存的進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，需 要耗費(fèi)很多內(nèi)存資源，此時(shí)就會(huì)有一些不常用頁(yè)面文件被交換到虛擬內(nèi)存中，但后來(lái)這個(gè)占用很多內(nèi)存資源的進(jìn)程結(jié)束并釋放了很多內(nèi)存時(shí)，剛才被交換出去的頁(yè)面 文件并不會(huì)自動(dòng)的交換進(jìn)物理內(nèi)存，除非有這個(gè)必要，那么此刻系統(tǒng)物理內(nèi)存就會(huì)空閑很多，同時(shí)交換空間也在被使用，就出現(xiàn)了剛才所說(shuō)的現(xiàn)象了。關(guān)于這點(diǎn)，不 用擔(dān)心什么，只要知道是怎么一回事就可以了。

交換空間的頁(yè)面在使用時(shí)會(huì)首先被交換到物理內(nèi)存，如果此時(shí)沒(méi)有足夠的物理內(nèi)存來(lái)容納這些頁(yè) 面，它們又會(huì)被馬上交換出去，如此以來(lái)，虛擬內(nèi)存中可能沒(méi)有足夠空間來(lái)存儲(chǔ)這些交換頁(yè)面，最終會(huì)導(dǎo)致linux出現(xiàn)假死機(jī)、服務(wù)異常等問(wèn)題，linux雖 然可以在一段時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，但是恢復(fù)后的系統(tǒng)已經(jīng)基本不可用了。

因此，合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)Linux內(nèi)存的使用，是非常重要的。

在Linux 操作系統(tǒng)中，當(dāng)應(yīng)用程序需要讀取文件中的數(shù)據(jù)時(shí)，操作系統(tǒng)先分配一些內(nèi)存，將數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀入到這些內(nèi)存中，然后再將數(shù)據(jù)分發(fā)給應(yīng)用程序；當(dāng)需要往文件中寫(xiě) 數(shù)據(jù)時(shí)，操作系統(tǒng)先分配內(nèi)存接收用戶(hù)數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)從內(nèi)存寫(xiě)到磁盤(pán)上。然而，如果有大量數(shù)據(jù)需要從磁盤(pán)讀取到內(nèi)存或者由內(nèi)存寫(xiě)入磁盤(pán)時(shí)，系統(tǒng)的讀寫(xiě)性 能就變得非常低下，因?yàn)闊o(wú)論是從磁盤(pán)讀數(shù)據(jù)，還是寫(xiě)數(shù)據(jù)到磁盤(pán)，都是一個(gè)很消耗時(shí)間和資源的過(guò)程，在這種情況下，Linux引入了buffers和 cached機(jī)制。

buffers與cached都是內(nèi)存操作，用來(lái)保存系統(tǒng)曾經(jīng)打開(kāi)過(guò)的文件以及文件屬性信息，這樣當(dāng)操作系統(tǒng)需要讀取某些文件時(shí)，會(huì)首先在buffers 與cached內(nèi)存區(qū)查找，如果找到，直接讀出傳送給應(yīng)用程序，如果沒(méi)有找到需要數(shù)據(jù)，才從磁盤(pán)讀取，這就是操作系統(tǒng)的緩存機(jī)制，通過(guò)緩存，大大提高了操 作系統(tǒng)的性能。但buffers與cached緩沖的內(nèi)容卻是不同的。

buffers是用來(lái)緩沖塊設(shè)備做的，它只記錄文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)（metadata）以及 tracking in-flight pages，而cached是用來(lái)給文件做緩沖。更通俗一點(diǎn)說(shuō)：buffers主要用來(lái)存放目錄里面有什么內(nèi)容，文件的屬性以及權(quán)限等等。而cached直接用來(lái)記憶我們打開(kāi)過(guò)的文件和程序。

為了驗(yàn)證我們的結(jié)論是否正確，可以通過(guò)vi打開(kāi)一個(gè)非常大的文件，看看cached的變化，然后再次vi這個(gè)文件，感覺(jué)一下兩次打開(kāi)的速度有何異同，是不是第二次打開(kāi)的速度明顯快于第一次呢？接著執(zhí)行下面的命令：

find / -name .conf看看buffers的值是否變化，然后重復(fù)執(zhí)行find命令，看看兩次顯示速度有何不同。

二、linux什么時(shí)候開(kāi)始使用虛擬內(nèi)存（swap）？

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

上面這個(gè)60代表物理內(nèi)存在使用40%的時(shí)候才會(huì)使用swap（參考網(wǎng)絡(luò)資料：當(dāng)剩余物理內(nèi)存低于40%（40=100-60）時(shí)，開(kāi)始使用交換空間）swappiness=0的時(shí)候表示最大限度使用物理內(nèi)存，然后才是 swap空間，swappiness＝100的時(shí)候表示積極的使用swap分區(qū)，并且把內(nèi)存上的數(shù)據(jù)及時(shí)的搬運(yùn)到swap空間里面。

值越大表示越傾向于使用swap?？梢栽O(shè)為0，這樣做并不會(huì)禁止對(duì)swap的使用，只是最大限度地降低了使用swap的可能性。

通常情況下：swap分區(qū)設(shè)置建議是內(nèi)存的兩倍 （內(nèi)存小于等于4G時(shí)），如果內(nèi)存大于4G，swap只要比內(nèi)存大就行。另外盡量的將swappiness調(diào)低，這樣系統(tǒng)的性能會(huì)更好。

B.修改swappiness參數(shù)

立即生效，重啟也可以生效。

三、怎么釋放內(nèi)存？

一般系統(tǒng)是不會(huì)自動(dòng)釋放內(nèi)存的關(guān)鍵的配置文件/proc/sys/vm/drop_caches。這個(gè)文件中記錄了緩存釋放的參數(shù)，默認(rèn)值為0，也就是不釋放緩存。他的值可以為0~3之間的任意數(shù)字，代表著不同的含義：

0 – 不釋放

1 – 釋放頁(yè)緩存

2 – 釋放dentries和inodes

3 – 釋放所有緩存

實(shí)操：

很明顯多出來(lái)很多空閑的內(nèi)存了吧

四、怎么釋放swap？

前提：首先要保證內(nèi)存剩余要大于等于swap使用量，否則會(huì)宕機(jī)！根據(jù)內(nèi)存機(jī)制，swap分區(qū)一旦釋放，所有存放在swap分區(qū)的文件都會(huì)轉(zhuǎn)存到物理內(nèi)存上。通常通過(guò)重新掛載swap分區(qū)完成釋放swap。

a.查看當(dāng)前swap分區(qū)掛載在哪？b.關(guān)停這個(gè)分區(qū)c.查看狀態(tài)：d.查看swap分區(qū)是否關(guān)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