第5章 Linux存储器管理

第五章 Linux存储器管理
2.Vmstat vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）
语法：vmstat [-V] [-n] [delay [count]]
参数： -V表示打印出版本信息； -n表示在周期性循环输出时，输出的头部信息仅显 示一次； delay是两次输出之间的延迟时间；
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一个已初始化的交换空间必须使用命令 swapon 命令告诉内核这个交换空间可以被使用了。命令如
下：
#swapon /SwapFile 如果把相关信息写入 /etc/fstab 就能启动系统后自 动使用交换空间了。 #swapon -a
这个命令会把所有列在 fstab中的交换空间启动起 来。而
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5.2 Linux 系统采用三级页表
Linux页表分为3级结构： 页目录(Page Directory，PGD)
中间页目录(Page Middle Directory，PMD)
页表(Page Table，PT)。
PGD表项下标 PMD表项下标 PT下标 页内偏移量
PGD基地址 物理地址
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5. 3 内存页的分配与释放
当一个进程开始运行时，系统要为其分配一些内
存页；当进程结束运行时，要释放其所占用的内存页。 一般地，Linux系统采用位图和链表两种方法来管理内 存页。 位图可以记录内存单元的使用情况。它用一个二 进制位(bit) 记录一个内存页的使用情况：如果该内存 页是空闲的，则对应位是 1 ；如果该内存页已经分配 出去，则对应位是0。
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5. 6缺页中断
磁盘中的可执行文件映像一旦被映射到一个进 程的虚拟空间，它就开始执行。 当一个进程访问了一个还没有有效页表项的 虚拟地址时，处理器将产生缺页中断，通知操作 系统，并把缺页的虚拟地址(保存在CR2寄存器中)
和缺页时访问虚存的模式一并传给 Linux 的缺页中 断处理程序。
Linux 使用最少使用频率替换策略，页替换 算法在clock算法基础上作了改进，使用位被一个8 位的age变量所取代。
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5. 7 监控内存软件
内存是Linux内核所管理的最重要的资源之一。
监控内存软件分别有：free、Vmstat以及图形化 工具系统监视器，下面对其进行介绍。
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count 是指按照这个时间间隔统计的次数。监 控内存软件分别有： free、Vmstat 以及图形化工具 系统监视器，下面对其进行介绍。
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vmstat命令输出分成六个部分： (1)进程procs (2)内存memoy
（3） swap交换页面
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第五章 Linux存储器管理
5.1 Linux的虚拟内存管理 5.2 Linux 系统采用三级页表 5.3 内存页的分配与释放 5.4 内存交换
5.5 内存共享和保护
5.6 缺页中断
5.7 监控内存软件
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5.1 Linux存储器管理
Linux 操作系统采用虚拟内存管理机制管理存储
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一个交换文件是一个普通的文件，它的要求是 它不能有空洞，并且它是用mkswap来准备。 创建交换文件：
#dd if=/dev/zero of=/SwapFile bs=1024 count=2048
mkswap给交换空间初始化信息：
#mkswap /SwapFile 2048
享该页的各个进程的页表项直接指向共享页，这 种共享不需建立共享页表，节省内存空间，但效 率较低。 Linux 可以对虚存段中的任一部分加锁或保护。 对进程的虚拟地址空间实施保护操作，就是重新 设置vma段的访问权限，实质就是对vma段的 vm_flags 重置 PROT_READ 、 PROT_WRITE 和 PROT_EXEC参数，并重新设定vm_page_prot属性。
#swapoff 这个命令则会把swapon -a启动的交换空间移走。
参数： -V表示打印出版本信息； -n表示在周期性循环输出时，输出的头部信息仅显 示一次； delay是两次输出之间的延迟时间；
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4.虚拟内存管理 虚拟内存是指使用磁盘当作物理内存的扩展，这样可
用的内存的大小就相应增大了。内核会将暂时不用 的内存块的内容写到磁盘上，然后就可以把这块内 存用于其它目的。 Linux能够使用文件系统中的一个常规文件或一个独 立的分区作为交换空间。
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1.free 语法： free [-bkmotV] [-s ] 参数： -b 以Byte为单位显示内存使用情况； -k 以KB为单位显示内存使用情况； -m 以MB为单位显示内存使用情况； -o 不显示缓冲区调节列； -s 持续观察内存使用状况； -t 显示内存总和列； -V 显示版本信息。
资源为多进程提供有效共享。Linux 操作系统使用交 换和请求分页存储管理技术实现虚拟内存管理。 这种策略使进程的虚拟地址空间映射到机器的物 理空间时具有更大的灵活性，通常允许进程的大小可 大于可用内存的总量，允许更多进程同时在内存中执 行。
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5.1 linux的虚拟内存管理
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5. 4内存交换
当系统出现内存不足时，Linux 内存管理子系统就
要释放一些内存页，从而增加系统中空闲内存页的数 量。
在系统启动时，这一守护进程由内核的 INIT 进程 启动，按核心交换时钟开始或终止工作。每到一个时 钟周期结束，kswapd便查看系统中的空页内存块数， 通过变量free_pages_high和free_pages_low来决定是否 需要释放一些页面。
(4) io块设备
(5)system系统
（6）cpu中央处理器
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3．Memprof
系统监视器中有内存和交换的情况，如图 5.4 所示。
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Vmstat vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）
语法：vmstat [-V] [-n] [delay [count]]
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5. 4内存交换（续）
使用下列3种方法减少系统中正在使用的物理页面。
(1)减少缓冲区和页面cache的大小。
(2)换出SYSTEMV的共享内存页。
(3)换出或丢弃内存页面。
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5. 5 内存共享和保护
Linux中内存共享是以页共享的方式实现的，共
Linux 的虚拟内存管理功能：
(1)地址空间扩充。
(2)进程保护。
(3)内存映射。
(4)物理内存分配。
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5.2 Linux 系统采用三级页表
所有进程从3～4GB的虚拟内存地址都是一样的，
有相同的页目录项和页表，对应到同样的物理内存段， Linux 以此方式让内核态进程共享代码段和数据段。 Linux采用请求页式技术管理虚拟内存。