Linux内存管理：用好内存，提升系统性能 (linux 内存 管理)
随着计算机技术的不断进步，现代化的操作系统已经具备了更高效的资源利用能力。在这其中，内存管理是其中一个关键的领域。Linux作为一款开放源代码、且积极开放开发者社区及作为多种技术的标准化平台，内存管理一直是开发者们优化系统性能以及稳定性所着重关注的地方。
本文将以Linux内存管理为主题探讨如何优化系统性能。
内存与虚拟内存
在现代计算机中，内存扮演着非常重要的角色，是运行程序和系统所需的临时存储介质。Linux内存管理机制类似于其他大部分操作系统，而其最重要的特性是虚拟内存管理。虚拟内存允许已分配和非已分配内存的程序共享系统内存。这使得系统最终能够高效地利用物理内存。此外，虚拟内存还允许操作系统把内存传输到硬盘中，以便释放更多的物理内存。
有效使用内存
有效的内存管理非常重要，所以Linux内核开发者为我们提供了许多工具和机制来优化内存管理。最常用的工具是内核文档；通过具体的设置和参数调整使得内存管理更加高效。内存管理的最基本原则是：更大限度地重用已经分配的空间。这将帮助系统获得更佳的性能和可靠性。当一个应用程序需要内存时，它将请求系统给分配一些存储区。内存管理系统将开始搜索当前系统中是否有尚未分配的内存区域可用于给这个应用程序使用。系统管理器还会检查缓存中是否有数据块存储区，以便快速分配。
内存相关的命令行工具
Linux内核提供了一些非常有用的命令行工具，可以让我们追踪和监视系统内存的使用情况。这些工具可以帮助我们了解系统当前的内存使用情况，以及出现什么问题时可以帮助我们进行调试。
free：用于报告当前系统使用的内存和交换文件的状态。free命令通常用于展示物理内存和Swap上当前使用内存的信息。
top：top 命令是Linux中最经典的命令行工具之一，它会周期性地更新杀死系统状态的摘要信息，因此非常有用。
htop：htop 可以被认为是对 top 命令的增强，它提供了比 top 更为人性化的操作方法和更多细节，如添加颜色和改变显示优先级等。
vmstat：vmstat 程序提供了对系统虚拟内存、进程、磁盘 I/O 等的实时监控，它还会定期输出系统执行常规任务的统计数据。
swapon/swapoff：在Linux系统上开启和关闭Swap分区的命令。
参考内容：
内存管理
https://www.ibm.com/docs/zh/linux-on-ibm-z?topic=managing-memory
优化 Linux 内存管理来提高性能
https://www.ibm.com/docs/zh/redbooks-integrator?topic=performance-optimizing-memory-management-improve-performance
内存管理
https://www.kernel.org/doc/html/latest/admin-guide/memory.html
结论
Linux内存管理旨在使系统更大限度地利用物理内存，从而改善系统性能和稳定性。正确使用内存和虚拟内存管理机制是非常重要的。除了设置和配置Linux内存管理机制之外，利用命令行工具来追踪和监视Linux内存的使用情况也是非常有用的。优化内存管理，您可以在Linux环境下获得更好的性能， 进而让您使用Linux的体验变得更为顺畅和舒适。
相关问题拓展阅读：
linux中物理内存和虚拟内存
vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写，可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监控。他是对系统的整体情况进行统计，不足之处是无法对某个进程进行深入分析。vmstat 工具提供了一种低开销的系统性能观察方式。因为 vmstat 本身就是低开销工具，在非常高负荷的服务器上，你需要查看并监控系统的健康情况,在控制窗口还是能够使用vmstat 输出结果。在学习vmstat命令前，我们先了解一下Linux系统中关于物理内存和虚拟内存相关信息。
物理内存和虚拟内存区别：
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，我们希望所有绝纤滑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并腊物理内存。
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。
最后，交换空间的页面在使用时会首先被交换到物理内存，如果此时没有足够的物理内存来容纳这些页面，它们又会被马上交换出去，如此以来，虚拟内存中可能没有足够空间来存储这些交换页面，最终会导致linux出现假死机、服务异常等问题，linux虽然可以在一段时间内自行恢复，但是恢复后的系统已经基本不可用了。
因此，合理规划和设计linux内存的使用，是非常重要的。
虚拟内存原理：
在系统中运行的每个进程都需要使用到内存，但不是每个进程都需要每时每刻使用系统分配的内存空间。当系统运行所需内存超过实际的物理内存，内核会释放某些进程所占用但未使用的部分或所有物理内存，将这部分资料存储在磁盘上直到进程下一次调用，并将释放出的内存提供给有需要的进程使用。
在Linux内存管理中，主要是通过“调页Paging”和“交换Swapping”来完成上述的内存调度。调页算法是将内存中最近不常使用的页面换到磁盘上，把活动页面保留在内存中供进程使用。交换技术是将整个进程，而不是部分页面，全部交换到磁盘上。
分页(Page)写入磁盘的过程被称作Page-Out，分页(Page)从磁盘重新回到内存的过程被称作Page-In。当内核需要一个分页时，但发现此分页不在物理内存中(因为已经被Page-Out了)，此时就发生了分页错误（Page Fault）。
当系统内核发现可运行内存变少时，就会通过Page-Out来释放一部分物理内存。经管Page-Out不是经常竖卖发生，但是如果Page-out频繁不断的发生，直到当内核管理分页的时间超过运行程式的时间时，系统效能会急剧下降。这时的系统已经运行非常慢或进入暂停状态，这种状态亦被称作thrashing(颠簸)。
总结：物理内存就是硬件提供的真实的内存，比如我们电脑内存不够了，就会加一个内存条
虚拟内存就是从磁盘上虚拟出来的一块逻辑内存，用做虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space
经常使用的文件会优先放在物理内存，不经常使用的文件会放到虚拟内存里面。
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