隨著計算機技術的發(fā)展，我們所使用的計算機已經(jīng)越來越高效、智能化。那么在這個高度發(fā)達的信息時代，計算機內(nèi)存顯得更加重要。虛擬內(nèi)存就是處理器能夠訪問的計算機內(nèi)存空間比實際可用的內(nèi)存空間要多的一種技術。Linux虛擬內(nèi)存（Virtual Memory）是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中運用的一項重要技術，它能夠使進程擁有一個似乎無限大的內(nèi)存空間，并且能夠優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)存的使用，同時減少由于內(nèi)存不足而導致的崩潰。本文將深入探討Linux虛擬內(nèi)存，并分析其對進程的影響。

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1. Linux虛擬內(nèi)存的概念

Linux虛擬內(nèi)存是一種把硬盤的空間當做內(nèi)存來使用的技術，它能夠實現(xiàn)運行程序時，以更多的內(nèi)存來執(zhí)行程序。Linux虛擬內(nèi)存通過操作系統(tǒng)把使用內(nèi)存較少的應用程序遷移至硬盤存儲空間，進而釋放系統(tǒng)內(nèi)存空間，從而優(yōu)化內(nèi)存的使用。此外，Linux虛擬內(nèi)存技術還允許進程進行數(shù)據(jù)共享，避免了多個進程同時占用大量內(nèi)存的情況。

2. Linux虛擬內(nèi)存的工作原理

Linux虛擬內(nèi)存的工作機制與CPU緩存一樣，都是通過把數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中的緩沖區(qū)來實現(xiàn)快速存取，同時它也可以在硬盤上進行數(shù)據(jù)的保存和提取。當一個進程需要讀取或寫入存儲設備時，虛擬內(nèi)存會將數(shù)據(jù)直接放入內(nèi)存緩沖區(qū)中進行操作，當數(shù)據(jù)傳輸完畢后，則可以將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入到磁盤上，或是從磁盤中讀出數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)。

一個進程在運行時會被分配一個獨立的虛擬地址空間，在虛擬地址控件中，可以分配給進程的內(nèi)存超出物理內(nèi)存的大小，這使得進程擁有虛擬內(nèi)存，而不僅僅是物理內(nèi)存。Linux虛擬內(nèi)存的分配方式是按照需求生成，也就是說，當進程需要更多的內(nèi)存時，虛擬內(nèi)存會為其分配足夠的地址空間，然后根據(jù)需要將地址空間映射到對應的物理內(nèi)存上。

3. Linux虛擬內(nèi)存對進程的影響

Linux虛擬內(nèi)存的優(yōu)勢不僅僅在于優(yōu)化內(nèi)存的使用，同時也對進程的運行產(chǎn)生了深遠的影響。具體可以從以下三個方面來說明：

（1）節(jié)省內(nèi)存消耗：在物理內(nèi)存不足的情況下，Linux虛擬內(nèi)存會將一部分內(nèi)存數(shù)據(jù)保存至磁盤上，并根據(jù)進程的需求實時將緩存區(qū)數(shù)據(jù)載入內(nèi)存。這項技術能夠大大節(jié)省內(nèi)存的消耗，并保障較小的內(nèi)存訪問延遲，在資源非常緊缺的情況下，能夠維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

（2）保護電腦不被迅速崩潰：虛擬內(nèi)存技術大大提高了Linux系統(tǒng)的健壯性，當進程使用內(nèi)存超過其預設的值時，操作系統(tǒng)會通過移動內(nèi)存網(wǎng)格區(qū)來完成數(shù)據(jù)的管理，進而避免了崩潰的情況。

（3）優(yōu)化多任務處理：Linux虛擬內(nèi)存能夠優(yōu)化多任務處理效果，多個進程在虛擬地址空間中運行，彼此無互相干擾。這使得系統(tǒng)在高度多任務處理的情況下，還能保持極快的反應速度，同時也保障了數(shù)據(jù)的完整性，提高了應用的穩(wěn)定性。

Linux虛擬內(nèi)存是一種優(yōu)秀的操作系統(tǒng)技術，能夠提高計算機系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。采用虛擬內(nèi)存技術，能夠在易耗資源的環(huán)境下保障系統(tǒng)的正常運行。在進一步的技術創(chuàng)新中，Linux虛擬內(nèi)存技術將會繼續(xù)進化，為系統(tǒng)的運行機制增強更多的智能和效益。

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linux tmp目錄與內(nèi)存解析

使用free可以獲取到設備當前的內(nèi)存

其中，各項表示的含義如下所示：

total: 總計

物理內(nèi)存

大小。

used: 已使用內(nèi)存大小。

free: 可使用內(nèi)存大小伍梁。

shared: 多個進程共享的內(nèi)存總額。

buffers/cached: 磁盤緩存大小。

單位都為KB。

對于系統(tǒng)而言，buffers和cached都是被使用的，所以可用內(nèi)存為KB。

對于

應用程序

而言，buffers和cached是可用的。當應用程序需要內(nèi)存的時候，buffers和cached會被回收。從應用程序的角度而言，可用內(nèi)存=free memory+buffers+cached。按上面的例子，即可用內(nèi)存為+18864+123656=。

使用cat /proc/meminfo可以查看更詳細的內(nèi)存信息。

/proc/iomem：查看物理設備在物理內(nèi)存中的映射關系

/proc/slabinfo：內(nèi)核對象的當前使用狀態(tài)

/proc/vmstat：

虛擬內(nèi)存

統(tǒng)計信息?？梢允褂胿mstat – Report virtual memory statistics 打印虛擬內(nèi)存狀態(tài)。

如上所示，/tmp為內(nèi)存

文件系統(tǒng)

，內(nèi)存掛載為內(nèi)存文件系統(tǒng)（tmpfs）。使用的物理空間不是磁盤，而是

內(nèi)存條

。設備重啟后，/tmp下文件全清空腔攔運。

tmpfs文件系統(tǒng)衡消產(chǎn)生原因是為了提高性能。程序運行時候產(chǎn)生的臨時文件放在磁盤會影響性能，于是tmpfs作為虛擬內(nèi)存子系統(tǒng)來儲存文件。POSIX共享內(nèi)存也是基于tmpfs來實現(xiàn)的。

tmpfs的更大空間由RM(Real Memory，即物理內(nèi)存)和swap（硬盤虛擬的內(nèi)存空間）組成。

查看掛載信息，可知 tmpfs 文件系統(tǒng)的掛載點有兩個，一個/dev/shm，另一個為/tmp。默認情況下， /tmp 將最多使用一半內(nèi)存。

如果往/tmp文件夾加入大量文件，也會造成系統(tǒng)內(nèi)存不足。

使用ps可以查看進程的狀態(tài)

其中與內(nèi)存相關項含義如下所示：

VSZ：虛擬內(nèi)存大小。virtual memory size of the process in KiB (1024-byte units). Device mappings are currently excluded; this is subject to change. (alias vsize).

RSS：實際使用物理內(nèi)存。resident set size, the non-swapped physical memory that a task has used (in kiloBytes). (alias rssize, rsz).

虛擬內(nèi)存是對進程而言使用的內(nèi)存，會比較大，可以理解為一個內(nèi)存布局，建立虛擬內(nèi)存和磁盤文件的映射關系。在進程調(diào)用的時候，查找虛擬內(nèi)存，將虛擬內(nèi)存對應磁盤文件拷貝到物理內(nèi)存，進行調(diào)度尋址等操作。

進程使用的物理內(nèi)存為RSS表示的物理內(nèi)存大小，其中包括鏈接的

動態(tài)庫

使用的內(nèi)存，不只是單獨進程使用的物理內(nèi)存大小。

也可以通過/proc/下去查找對應進程id的相關內(nèi)存信息。

/proc/pid/maps pid為進程號，顯示當前進程所占用的虛擬地址。

/proc/pid/statm 進程所占用的內(nèi)存。

linux里面虛擬內(nèi)存和swap有什么區(qū)別?

為了提高磁盤存取效率， Linux做了一些精心的設計， 除了對dentry進行緩存（用于VFS，加速文件路徑名到inode的轉換）， 還采取了兩種主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache.前者針對磁盤塊的讀寫，后者針對文件inode的讀寫.這些Cache有效縮短了I/O系統(tǒng)調(diào)用（比如 read，write，getdents）的時間.

內(nèi)存活動基本上可以用3個數(shù)字來量化：活動虛擬內(nèi)存總量，交換（swapping）率和調(diào)頁（paging）率.其中之一個數(shù)字表明內(nèi)存的總需求量，后兩個數(shù)字表示那些內(nèi)存中有多少比例正處在使用之中.目標是減少內(nèi)存活動或增加內(nèi)存量，直到調(diào)頁率保持在一個可以接受的水平上為止.

活動虛擬內(nèi)存的總量（VM）=實際內(nèi)存大?。╯ize of real memory）（物理內(nèi)存）+使用的交換空間大小（amount of swap space used）

當程序運行需要的內(nèi)存大于物理內(nèi)存時，Linux系統(tǒng)采用了調(diào)頁機制，即系統(tǒng)copy一些內(nèi)存中的頁面到磁盤上，騰出來空間供進程使用。

大多數(shù)系統(tǒng)可以忍受偶爾的調(diào)頁，但是頻繁的調(diào)頁會使系統(tǒng)性能急劇下降。

Linux內(nèi)存管理：Linux系統(tǒng)通過2種方法進行內(nèi)存管理，“調(diào)頁算法”，“交換技術”。

調(diào)頁算法是將內(nèi)存中最近不常使用的判簡鏈頁面換到磁盤上，把常使用的頁面（活動頁面）保留在內(nèi)存中供進程使用。

交換技術是系統(tǒng)將整個進程，而不是部分頁面，全部換到磁盤上。正常情況下，系統(tǒng)會發(fā)生一些交換過程。

當內(nèi)存嚴重不足時，系統(tǒng)會頻繁使用調(diào)頁和交換，這增加了磁盤I/O的負載。進一步降低了系統(tǒng)對作業(yè)的執(zhí)行速度，即系統(tǒng)I/O資源問題又會影響到內(nèi)存資源的分配。

Linux的虛擬內(nèi)存是一個十分復雜的子系統(tǒng)，它實現(xiàn)了進程間代碼與數(shù)據(jù)共享機制的透明性，并能夠分配比系統(tǒng)現(xiàn)有物理內(nèi)存更多的內(nèi)存，某些操作系統(tǒng)的虛存甚至能通過提供緩存功能影響到文件系統(tǒng)的性能，各種風格的Linux的虛存的實現(xiàn)方式區(qū)別很大，但都離不開下面的4個概念。

　　1：實際內(nèi)存

　　實際內(nèi)存是指一個系統(tǒng)中實際存在的物理內(nèi)存，稱為RAM。實際內(nèi)咐并存是存儲臨時數(shù)據(jù)最快最有效的方掘孫式，因此必須盡可能地分配給應用程序，現(xiàn)在的RAM的形式有多種：SIMM、DIMM、Rambus、DDR等，很多RAM都可以使用糾錯機制（ECC）。

　　2：交換空間

　　交換空間是專門用于臨時存儲內(nèi)存的一塊磁盤空間，通常在頁面調(diào)度和交換進程數(shù)據(jù)時使用，通常推薦交換空間的大小應該是物理內(nèi)存的二到四倍。

　　3：頁面調(diào)度

　　頁面調(diào)度是指從磁盤向內(nèi)存?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，以及相反的過程，這個過程之所以被稱為頁面調(diào)度，是因為Linux內(nèi)存被平均劃分成大小相等的頁面；通常頁面大小為 4KB和8KB（在Solaris中可以用pagesize命令查看）。當可執(zhí)行程序開始運行時，它的映象會一頁一頁地從磁盤中換入，與此類似，當某些內(nèi)存在一段時間內(nèi)空閑，就可以把它們換出到交換空間中，這樣就可以把空閑的RAM交給其他需要它的程序使用。

　　4：交換

　　頁面調(diào)度通常容易和交換的概念混淆，頁面調(diào)度是指把一個進程所占內(nèi)存的空閑部分傳輸?shù)酱疟P上，而交換是指當系統(tǒng)中實際的內(nèi)存已不夠滿足新的分配需求時，把整個進程傳輸?shù)酱疟P上，交換活動通常意味著內(nèi)存不足。

　　vmstat監(jiān)視內(nèi)存性能：該命令用來檢查虛擬內(nèi)存的統(tǒng)計信息，并可顯示有關進程狀態(tài)、空閑和交換空間、調(diào)頁、磁盤空間、CPU負載和交換，cache刷新以及中斷等方面的信息。

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當前標題：Linux虛擬內(nèi)存及其對進程的影響(linux進程虛擬內(nèi)存)
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