实验九Linux内存管理

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基于Linux内核的动态内存管理机制的实现

２Ｌｎｘ内存分配机制．２ｉｕＧｉｃ根据申请内存的大小调用不同的系统调用向内核ｌｂ
申请内存。２２１ｂｋ系统调用．．ｒ
第３６卷第９期
Ｖ３６ｏＬ
・
计
算
机
工
பைடு நூலகம்
程
２１００年５月
Ｍａｙ２０１０
Ｎｏ９．
ＣｏｐｕｅｍｔｒＥｎｇｎｅｒｎｇｉｅｉ
软件技术与数据库・
文章编号：１ｍ３８０ｏ９＿８—０文献标识码：０＿４（１ｏ—０５＿０２２）０２Ａ
Ｓｈｔｏｈｒｐｏｓｅｙｂｔｒｄ．ｍｉｔｔｅｐｏｌｍ，ｈｓｐｐｒｄｓｒｂｓａｍｐｌｍｅｔｔｎｏｎａｉｍｏｍａａｅｎａｅｎＯｔａｔｅｒｃｓｓｍａｅｓａｖｅＡｉｎｇａｈｒｂｅｔｉａｅｅｃｉｅｎｉｅｎａｉｆｄｙｍｃｍｅ￣ｏｎｇｍｅｔｂｓｄｏ
中图分类号：Ｐ１Ｔ３１
基于Ｌｎｘ内核的动态内存管理机制的实现ｉｕ
杨峰
（山师范学院计算中心，鞍山ｌ４０）鞍０５１
摘
要：在软件开发过程中，共享内存经常会遇到一个进程消耗太多内存导致其他进程无法得到需要内存的潜在问题，针对该问题，基于

linux中查看内存使用情况的命令

1. 查看内存使用情况

在 Linux 系统中，可以使用多种工具来查看内存使用情况，如下命令：

1. free：查看系统空闲和使用的内存大小。

示例：free -m 查看以 MB 为单位的内存信息

2. vmstat：查看虚拟内存使用情况。

示例：vmstat -s 查看内存使用情况

3. top：查看当前系统性能的实时状态。

示例：top -d1 查看每秒更新一次内存使用情况

4. htop：实时查看进程和内存使用情况。

示例：htop 查看实时进程及内存使用情况

5. /proc/meminfo：查看内存使用状况。

- 1 -

linux内存分配机制

Linux操作系统的内存管理机制是指操作系统如何管理和分配系统的物理内存。Linux使用虚拟内存管理机制来管理内存资源，以提供给应用程序更大的内存空间并保证系统的稳定性。

Linux的内存管理机制包括以下几个方面：

1.虚拟内存管理：

虚拟内存是一种将主存中的物理地址与应用程序中的虚拟地址进行映射的技术。通过虚拟内存管理机制，Linux可以将应用程序需要的内存空间按需从硬盘加载到物理内存，以满足应用程序的要求。这样，应用程序能够访问比物理内存更大的内存空间，并且不需要关心实际的物理内存地址。

2.页面调度和换入换出：

Linux将内存按照固定大小的页面（通常为4KB）进行管理。物理内存被分成多个页面框，每个页面框可以存放一个页面。当应用程序需要更多内存时，Linux会将一部分不常用的页面从物理内存中换出到硬盘上的交换空间，以腾出空间给新的页面。而当应用程序访问换出到硬盘的页面时，Linux会将其换入到物理内存中。

3.页表和地址映射：

为了实现虚拟内存的管理，Linux使用页表来存储虚拟地址与物理地址之间的映射关系。每个进程都有自己的页表，用于将进程的虚拟地址转换为物理地址。Linux使用多级页表来管理大内存空间，以节省内存空间的开销。

4.内存分配算法：

Linux通过伙伴系统进行内存的分配。伙伴系统将整个物理内存按照2的幂次进行划分，并以块为单位进行分配。当应用程序请求一定大小的内存时，Linux会查找并分配与请求大小最接近的2的幂次块。如果没有找到合适的块，则会从较大的块中进行分割，直到找到合适的块。

【Linux检测内存、管理内存】--【free、ps、kill命令】

3、Linux 内存监控内存泄露的检测和回收

对于内存溢出之类的麻烦可能大家在编写指针比较多的复杂的程式的时候就会碰到。在 Linux 或 unix 下，C、C＋＋语言是最使用工具。但是我们的 C++ 程式缺乏相应的手段来检测内存信息，而只能使用 top 指令观察进程的动态内存总额。而且程式退出时，我们无法获知任何内存泄漏信息。

示例—释放Linux Cached内存的 Bash脚本

#! /bin/bash #Free的Memory小于400M时释放Cached的内存 freemem=$(cat /proc/meminfo | grep "MemFree" | awk '{print $2}') if [ $freemem -le 409600 ];then date >> /var/log/mem.log free -m >> /var/log/mem.log sync sync echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches free -m >> /var/log/mem.log fi
Free命令
第二行描述应用程序的内存使用：前个值表示-buffers/cache——应用程序使用的内存大小，used减去缓存值后个值表示+buffers/cache——所有可供应用程序使用的内存大小，free加上缓存值注: -buffers/cache=used-buffers-cached +buffers/cache=free+buffers+cached 第三行表示swap的使用： used——已使用 free——未使用

Linux操作系统中的内存管理和优化技术

Linux操作系统中的内存管理和优化技术在Linux操作系统中，内存管理是一项非常重要的任务。因为在计算机系统中，内存是最主要的资源之一，也是最容易被浪费或滥用的资源之一。因此，在Linux系统中要做好内存管理，就必须要清楚该系统如何使用内存、怎样管理内存，以及如何优化内存使用。

一、Linux内存的分类

在Linux系统中，我们一般将内存分为两种类型：物理内存和虚拟内存。物理内存是指计算机实际存在的内存，而虚拟内存是指计算机中的硬盘空间，它在计算机中被用作为一种虚拟化内存的技术。这种技术使得计算机可以虚拟出额外的内存空间，从而提高系统的内存使用效率。

二、Linux内存的使用

在Linux系统中，内存不是一次性分配给所有程序使用的，而是按需分配的。当系统需要更多内存时，它会从空闲的内存中分配出一部分，然后再使用这些内存来支持系统进程和应用程序。

此外，Linux系统中还有一个内存缓存，它可以帮助系统将经常被

访问的数据存储在内存中，以便快速响应用户请求。

三、Linux内存管理

在Linux系统中，内存管理模块负责管理系统的内存使用。这

个模块会跟踪系统内存使用情况，并将一部分内存分配给正在运

行的进程和应用程序。此外，如果系统内存使用过量，内存管理

模块还能回收不必要的内存，并将其分配给更需要的进程或应用

程序。

四、Linux内存优化技术

1. 内存调整

在Linux系统中，我们可以使用内存调整技术来优化内存使用。这种技术可以通过修改内核参数来增加系统的内存使用效率。我

们可以使用sysctl命令来修改内核参数。

Linux操作系统内存及设备管理

一个水位page_high. 如下图所示，
后台回收
内存及设备管理
9
内存交换机制
直接回收：在发生page fault时，没有足够可用的内存，于是线程就自己直接去回收内存，它一次性的会回收32个pages。逻辑过程如下图所示
直接回收
内存及设备管理
10
设备管理
设备文件
• 采用设备文件统一管理硬件设备 • 所有设备都作为特殊文件，通过文件系统与设备连接 • Linux为每一个外部设备提供一个设备文件（Device File）；设备的文
页表机制
缺页中断机构
地址变换机构
内存及设备管理
7
内存交换机制
当系统中出现内存不足时，Linux内存管理子系统就需要释放一些内存页，从而
增加系统空闲内存页的数量。
交换守护进程
kswapd
内核的页回收机制有两种：
后台回收
直接回收
内存及设备管理
8
内存交换机制
后台回收：后台回收是有一个内核线程kswapd来做的，当内存里free的pages 低于一个水位（page_low）时，就会唤醒该内核线程，然后它从LRU链表里回收page cache到内存的free_list里头，它会一直回收直至free的pages达到另外
件名一般由两部分构成：主设备号与次设备号
设备驱动程序

浅谈Linux的内存管理机制

⼀物理内存和虚拟内存

我们知道，直接从物理内存读写数据要⽐从硬盘读写数据要快的多，因此，我们希望所有数据的读取和写⼊都在内存完成，⽽内存是有限的，这样就引出了物理内存与虚拟内存的概念。

物理内存就是系统硬件提供的内存⼤⼩，是真正的内存，相对于物理内存，在linux下还有⼀个虚拟内存的概念，虚拟内存就是为了满⾜物理内存的不⾜⽽提出的策略，它是利⽤磁盘空间虚拟出的⼀块逻辑内存，⽤作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space）。

作为物理内存的扩展，linux会在物理内存不⾜时，使⽤交换分区的虚拟内存，更详细的说，就是内核会将暂时不⽤的内存块信息写到交换空间，这样以来，物理内存得到了释放，这块内存就可以⽤于其它⽬的，当需要⽤到原始的内容时，这些信息会被重新从交换空间读⼊物理内存。

linux的内存管理采取的是分页存取机制，为了保证物理内存能得到充分的利⽤，内核会在适当的时候将物理内存中不经常使⽤的数据块⾃动交换到虚拟内存中，⽽将经常使⽤的信息保留到物理内存。

要深⼊了解linux内存运⾏机制，需要知道下⾯提到的⼏个⽅⾯：

⾸先，Linux系统会不时的进⾏页⾯交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存，即使并没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不⽤的内存页⾯。这可以避免等待交换所需的时间。

其次，linux进⾏页⾯交换是有条件的，不是所有页⾯在不⽤时都交换到虚拟内存，linux内核根据”最近最经常使⽤“算法，仅仅将⼀些不经常使⽤的页⾯⽂件交换到虚拟内存，有时我们会看到这么⼀个现象：linux物理内存还有很多，但是交换空间也使⽤了很多。其实，这并不奇怪，例如，⼀个占⽤很⼤内存的进程运⾏时，需要耗费很多内存资源，此时就会有⼀些不常⽤页⾯⽂件被交换到虚拟内存中，但后来这个占⽤很多内存资源的进程结束并释放了很多内存时，刚才被交换出去的页⾯⽂件并不会⾃动的交换进物理内存，除⾮有这个必要，那么此刻系统物理内存就会空闲很多，同时交换空间也在被使⽤，就出现了刚才所说的现象了。关于这点，不⽤担⼼什么，只要知道是怎么⼀回事就可以了。

Linux实验总结分析报告

⼀、Linux系统概念模型

以宏观⾓度看，Linux体系结构可以分为⽤户空间和内核空间。⽤户空间包含了C库、⽤户的应⽤程序；内核空间包含系统调⽤、内核、与平台架构相关的代码。⽤户空间和内核空间是程序执⾏的两种不同状态，可以通过系统调⽤和硬件中断来进⾏⽤户空间到内核空间的状态转移。

Linux内核结构包含进程管理、内存管理、虚拟⽂件系统、⽹络管理、设备驱动等。

1、进程管理（Process Management）

进程实际是某特定应⽤程序的⼀个运⾏实体，进程管理是Linux内核中最重要的⼦系统，主要提供对CPU的访问控制。因为在计算机中，CPU资源是有限的，⽽众多的应⽤程序都要使⽤CPU资源，所以需要进程管理对CPU进⾏调度管理。

内核通过 SCI 提供了⼀个应⽤程序编程接⼝（API）来创建⼀个新进程（fork、exec或Portable Operating System Interface[POSIX]函数），停⽌进程（kill、exit），并在它们之间进⾏通信和同步（signal 或者POSIX机制）。

进程的创建：在Linux系统中，除了系统启动之后的第⼀个进程由系统来创建，其余的进程都必须由已存在的进程来创建，新创建的进程叫做⼦进程，⽽创建⼦进程的进程叫做⽗进程。那个在系统启动及完成初始化之后，Linux⾃动创建的进程叫做根进程。Linux提供了⼀个系统调⽤fork()使⼀个进程中分裂出⼦进程，如果fork()失败，返回-1，否则会出现⽗进程和⼦进程两个进程，⼦进程fork()返回0，⽗进程fork()返回⼦进程的ID；Linux提供了系统调⽤execv()在程序运⾏中能够加载并运⾏⼀个可执⾏⽂件，如果⼀个进程调⽤了execv()，那么该函数便会把函数参数path所指定的可执⾏⽂件加载到进程的⽤户内存空间，并覆盖掉原⽂件，然后便运⾏这个新加载的可执⾏⽂件。

Linux内存管理.ppt

Page Offset
Page Dir. And Middle Dir. Access Functions (in asm/page.h and asm/pgtable.h)
• Structures pgd_t and pmd_t define an entry of these tables. • pgd_alloc_alloc()/pgd_free() to allocate and free a page for the Leabharlann Baiduage
pte_read(), pte_write()
Process Address Space (not to scale!)
0xC0000000
Kernel
File name, Environment Arguments Stack
_end
_bss_start _edata _etext
0x84000000
Architecture Independent Memory Model
• Process virtual address space divided into pages • Page size given in PAGE_SIZE macro in asm/page.h
(4K for x86 and 8K for Alpha) • The pages are divided between 4 segments • User Code, User Data, Kernel Code, Kernel Data • In User mode, access only User Code and User Data • But in Kernel mode, access also needed for User Data

Linux命令技巧优化系统内存管理和交换空间

Linux命令技巧优化系统内存管理和交换空

间

Linux是一种开源操作系统，广泛应用于服务器和嵌入式设备中。作为一名Linux操作系统用户，了解和掌握一些命令技巧可以帮助我们更好地管理系统内存和交换空间，提高系统性能。本文将介绍一些常用的Linux命令技巧，以优化系统内存管理和交换空间。

一、查看系统内存和交换空间信息

1. 使用free命令查看内存和交换空间使用情况：

$ free -h

使用"-h"选项可以以较人性化的方式显示内存和交换空间的使用情况，如下所示：

total used free shared buff/cache available

Mem: 7.7G 1.3G 2.5G 314M 3.9G 5.6G Swap: 1.9G 0B 1.9G

可以查看系统总内存、已使用内存、可用内存、已使用交换空间等信息。

2. 使用top命令查看内存和交换空间占用情况：

$ top

在top命令的实时监控界面可以看到系统中各个进程的内存占用情况，以及交换空间的使用状况。

二、优化内存管理

1. 使用swappiness调整内存换页策略：

内存换页是操作系统将内存中的数据移动到硬盘上的一种机制，当内存不足时，通过把内存中的数据存储到交换空间中来释放内存。通过调整swappiness参数，可以控制内存换页的行为。swappiness的取值范围为0到100，0表示尽可能不使用交换空间，100表示尽可能多地使用交换空间。

$ sudo sysctl vm.swappiness=10

使用上述命令将swappiness参数设置为10，可以减少内存换页的频率，从而提高系统的响应速度。

linux的物理内存管理原理

Linux的物理内存管理是操作系统中非常重要的一部分。它负责管理和分配系统中的物理内存资源，以确保程序和系统可以正确地运行。本文将详细介绍Linux 物理内存管理的原理，从内存的分段和分页开始，再到虚拟内存的管理和交换空间，最后探讨一些常见的优化策略。

一、内存的分段和分页

在介绍Linux的物理内存管理原理之前，我们需要了解内存的分段和分页机制。物理内存通常被分为多个段或页，每个段或页都有固定的大小。分段机制是将内存划分为多个连续的段，每个段可以存储一个程序或数据；而分页机制是将内存划分为多个固定大小的页，每个页可以存储一部分程序或数据。分段和分页的目的是为了提高内存的利用率和管理效率。

在Linux中，内存的分段和分页机制是由硬件和操作系统共同实现的。硬件负责将物理内存划分为不同的段或页，并提供相应的访问机制；而操作系统则负责管理内存的分配和释放，以及处理页表和地址映射等工作。

二、虚拟内存的管理

Linux采用了虚拟内存的管理方式，它将物理内存和虚拟内存进行映射，使得每个进程都拥有独立的地址空间。通过虚拟内存的管理，Linux可以实现进程的隔

离和保护，同时还可以提供更大的地址空间和更高的内存利用率。

虚拟内存管理的核心是页表和地址映射。每个进程都有自己的页表，它记录了虚拟地址和物理地址的映射关系。当进程访问虚拟地址时，操作系统会根据页表将虚拟地址转换为物理地址，并根据需要将相应的页加载到物理内存中。

此外，Linux还使用了页面置换算法来管理物理内存。当物理内存不足时，操作系统会将不常用或空闲的页换出到磁盘的交换空间中，从而释放物理内存供其他进程使用。当进程再次访问被换出的页时，操作系统会将其从交换空间中换入到物理内存中。

操作系统原理实验报告

一、课程设计的题目：

根据“操作系统原理”课程的课堂教学内容，结合自己的知识积累情况，题目可从下述拟题中选择，亦可自定。

二、实验设计的内容：

在Linux或Windows操作系统下，用C语言进行操作系统相关的设计开发，内容可关于“并发程序设计”、“处理机管理”、“作业管理”、“存储管理”、“文件系统管理”、“设备管理”等等。

三、参考资料：

1、清华大学出版，张尧学《计算机操作系统教程》配套的《习题解答与实验指导书》中范例；

2、清华大学出版，任爱华《操作系统实用教程》中的实例设计；

3、《Linux下C语言编程入门教程》、《Linux软件工程师（C语言）实用教程》等；

4、网上与操作系统设计与开发相关的文献资料。

四、重要操作环节

1、步骤：

选题（4、5人一小组）--→提交小组名单--→分析、编写程序--→上机调试--→分析结果--→评价结果--→写出设计报告

2、设计报告的主要内容：

①、设计说明：设计主要完成的任务、解决的主要问题；

②、工作原理：找出教材中的相关工作原理并简要说明；

③、详细设计：包括调用的主要系统函数说明、程序流程图、程序代码、关键语句注释；

④、运行结果：要求写出运行结果或抓图给出；

⑤、分析结果：要求用操作系统原理有关理论解释说明；

⑥、调试步骤以及调试过程中出现的问题及解决方法；

⑦、参考文献：5篇以上；

⑧、以学年论文格式提交文档资料，要有统一的封面和实验心得体会。

五、成绩评定

1、必做实验10分，选做实验20分；

2、各组同学代表打分占50%，实验报告的规范化程度50%；

Linux系统管理实验

实验一Red Hat Linux 9.0的安装与配置

一. 一.实验目的：

1．1．熟悉和掌握Red Hat Linux9.0服务器的安装与配置；

2．2．掌握Linux的基本命令使用和功能。

二. 二.实验内容：

1．1．利用PC虚拟机来安装与配置Red Hat Linux9；

2．2．完成安装配置后掌握一些界面及必要的Linux命令使用和功能。

三. 三.实验步骤：

1．1．利用v m w a r e虚拟机来安装R e d H a t L i n u x9.0：

（1)（1)启动v m w a r e虚拟机；

（2) （2)单击“新建PC”, 出现“PC安装向导-Virtual PC”对话框，单击“下一步”；

（3) （3)在新PC的名称处：输入LINUX, 单击“下一步”；设置向导, 单击“下一步”；

（4) （4)选择安装Linux, 单击“下一步”；

（5) （5)调整内存为64M, 单击“下一步”；

（6) （6)创建指定位置(如E盘)的磁盘映像文件LINUX.VHD, 单击“下一步”；

（7) （7)配置步骤完成，启动系统；

（8) （8)单击工具栏“CD” ?“载入第一张映像文件ISO”；单击工具栏“PC” ?“重启”

（9) （9)开始安装

●●开始安装按―ENTER‖键。

●●接下来的几步操作只须点击―NEXT‖即可；

●●当出现―语言选择‖窗口时，选择Chinese(Simplifield)(简体中文)；当出现―键盘布局选择‖

窗口时，选择U.S.English；

●●当出现―鼠标选择‖窗口时，选择2键鼠标(PS/2)；当出现―选择安装类型‖窗口时，选

linux操作系统对进程占用内存的最大限制

1. 引言

1.1 概述

在现代计算机系统中，进程是操作系统的核心概念之一。进程是指正在运行的程序实例，它在内存中分配了一定的空间来存储代码、数据和堆栈等信息。然而，在Linux操作系统中，为了避免单个进程占用过多的内存资源导致系统性能下降或崩溃的风险，操作系统对进程占用内存设置了一定的限制。

本文旨在探讨Linux操作系统对进程占用内存的最大限制，并提供相关背景知识、概念解释以及具体设置方法和处理策略。通过深入研究Linux内存管理机制和限制，我们可以更好地理解这一关键问题，并为系统管理员、开发人员和用户提供有关如何管理和优化进程内存使用的指导。

1.2 文章结构

本文主要分为五个部分：引言、Linux操作系统简介、进程与内存管理概述、Linux 操作系统对进程内存占用的限制以及结论与展望。

引言部分将介绍文章的背景和目标，同时概述本文的结构安排，帮助读者了解全文内容框架。

Linux操作系统简介部分将回顾Linux操作系统的发展历史，并介绍其特点和背景信息，为后续对Linux内存限制的讨论提供必要的上下文。

进程与内存管理概述部分将解释进程和内存管理的基本概念，在Linux上探讨内存模型，包括虚拟内存、页表和页表项等关键概念。

Linux操作系统对进程内存占用的限制部分将重点讨论Linux中设置和调整进程的内存限制方式，包括最大进程内存占用限制、设置方法以及处理超出限制情况下操作系统的行为。

结论与展望部分将总结本文主要内容和发现，并展望Linux操作系统未来在内存管理方面的发展趋势与挑战。

linux内存管理的主要概念

Linux内存管理的主要概念包括以下几个方面：1. 虚拟内存：Linux使用虚拟内存来将物理内存和进程的地址空间分离。每个进程都有自己的虚拟地址空间，这样可以更好地管理内存资源。2. 页面：Linux将内存划分为固定大小的页面，通常为4KB。物理内存和虚拟内存都是以页面为单位进行管理。3. 页面调度：页面调度算法决定了哪些页面应该被保留在物理内存中，哪些应该被换出到硬盘的交换空间。Linux使用的页面调度算法包括最近最少使用（LRU）和紧缺页面置换（FIFO）等。4. 分页和分段：Linux使用分页和分段的内存管理机制。分页将地址空间划分为大小固定的页面，分段将地址空间划分为不同大小的段。5. 内存映射：Linux允许将文件和设备映射到内存中，以便进程可以直接访问它们。这种机制被广泛用于共享内存、文件映射和虚拟文件系统等。6. 内存分配：Linux 使用多种内存分配算法来管理进程的内存分配。常用的算法包括伙伴系统和slab 分配器。7. 内存回收：Linux使用一套复杂的机制来回收不再使用的内存页面。当系统面临内存不足的情况时，可以通过回收页面来释放一些内存。总的来说，Linux的内存管理涉及虚拟内存，页面调度，分页和分段，内存映射，内存分配和回收等多个方面。这些概念共同构成了Linux内存管理的核心机制。

linux操作系统实验报告

Linux 操作系统实验报告

一、实验目的

本次实验的主要目的是深入了解和熟悉Linux 操作系统的基本操作、命令行使用、文件系统管理以及进程管理等方面的知识和技能。通过

实际操作和实践，提高对 Linux 操作系统的掌握程度，为今后在相关

领域的学习和工作打下坚实的基础。

二、实验环境

本次实验使用的是虚拟机软件 VirtualBox 安装的 Ubuntu 2004 LTS

操作系统。虚拟机配置为 2GB 内存，20GB 硬盘空间。实验在Windows 10 操作系统的主机上进行。

三、实验内容及步骤

（一）用户和权限管理

1、创建新用户

使用｀sudo adduser ＜username>｀命令创建新用户，例如创建用

户名为｀testuser` 的新用户。

2、设置用户密码

使用｀sudo passwd ＜username>｀命令为新用户设置密码。

3、切换用户

使用｀su ＜username>｀命令切换到新用户。

4、用户权限管理

修改｀／etc/sudoers` 文件，为新用户赋予特定的权限，例如允许执行特定的管理员命令。

（二）文件和目录操作

1、查看文件和目录

使用｀ls` 命令查看当前目录下的文件和目录，使用｀ls l` 命令查看详细信息，包括文件权限、所有者、大小和修改时间等。

2、创建、删除文件和目录

使用｀touch ＜filename>｀命令创建新文件，使用｀mkdir ＜directoryname>｀命令创建新目录。使用｀rm ＜filename>｀命令删除文件，使用｀rmdir ＜directoryname>｀命令删除空目录，使用｀rm r ＜directoryname>｀命令删除非空目录。