Linux管理員手冊(4)

class="22879"> 本章說明Linux的內存管理特征，即虛擬內存和磁盤緩存。描述系統管理員應該考慮的東西、工作和目的。

　　什麼是虛擬內存?

　　Linux支持虛擬內存, 就是使用磁盤作為RAM的擴展，使可用內存相應地有效擴大。核心把當前不用的內存塊存到硬盤，騰出內存給其他目的。當原來的內容又要使用時，再讀回內存。這對用戶全透明：運行於Linux的程序只看到大量的可用內存而不甘心哪部分在磁盤上。當然，讀寫硬盤比真的內存慢(慢千倍)，所以程序運行較慢。用做虛擬內存的這部分硬盤叫 對換空間。

　　Linux可以使用文件系統中的普通文件或單獨的分區作為對換空間。對換分區更快，但對換文件更易於改變大小(無須對硬盤重分區)。如果知道要多少對換空間，應該用對換分區；如果不能確認，可以先用對換文件，用一段時間後再根據所需空間建立對換分區。

　　Linux允許同時使用多個對換分區和/或對換文件。即如果偶爾需要更多的對換空間，可以隨時建立一個額外的對換文件。

　　產生對換空間

　　對換文件是普通文件，對核心沒有什麼特別的。唯一不同是它沒有孔，用 mkswap 准備。必須在本地盤上，不能在通過NFS mount的文件系統中。

　　關於孔，是重要的。對換文件保留了磁盤空間，使核心能快速對換出一頁，而不必經過如文件的定位磁盤扇區的全部事情。核心只用分配給這個文件的所有扇區。由於文件中的孔意味著沒有為文件中這個位置分配磁盤扇區，這對核心使用不利。

　　產生沒有孔的對換文件的一個好辦法是通過如下命令：

　　$ dd if=/dev/zero of=/extra-swap bs=1024 count=1024
　　1024+0 records in
　　1024+0 records out
　　$
　　/extra-swap 是對換文件名，大小由count=給出. 大小最好是4的倍數，因為核心寫出的內存頁是4KB。如果不是4的倍數，最後那幾KB將不可用。

　　對換分區也沒什麼特別。就象產生其他分區一樣產生；唯一的不同是它作為原始分區使用，即沒有任何文件系統，最好將對換分區標記為類型82(Linux swap)，雖然這對核心沒有影響，但這使分區列表更清晰。

　　產生對換文件或對換分區後，需要寫個標記起用它，這包括核心要用的一些管理信息。命令是 mkswap , 用法如下：

　　$ mkswap /extra-swap 1024
　　Setting up swapspace, size = 1044480 bytes
　　$

　　注意對換空間現在還沒用，它存在，但核心還沒用它提供虛擬內存。

　　請一定小心使用mkswap , 因為它不檢查文件或分區是否被其他東西使用。 你可能用mkswap 很容易地覆蓋了重要文件和分區! 幸好，你只需在你安裝系統時使用mkswap 。

　　Linux內存管理限制了每個對換空間約為127MB(由於技術原因，實際限制是127.6875MB)。 可以同時使用最多16個對換空間，總計差不多2GB。
　　使用對換空間

　　用swapon 將一個初始化的對換空間可用。此命令告訴核心對換空間可以用了，對換空間的路徑作為參數，啟動一個臨時對換文件可以用如下命令：

　　$ swapon /extra-swap
　　$


　　對換空間如果列入/etc/fstab ，就可自動使用。

　　/dev/hda8 none swap sw 0 0
　　/swapfile none swap sw 0 0

　　啟動手稿運行命令swapon -a, 它將啟動/etc/fstab 中所列的所有對換空間。因此swapon 命令只有在啟動額外的對換空間時才使用。
　　可以用free 監視對換空間的使用，它將給出所有使用的對換空間。

　　$ free
　　total used free shared buffers
　　Mem: 15152 14896 256 12404 2528
　　-/+ buffers: 12368 2784
　　Swap: 32452 6684 25768
　　$

　　前一行輸出(Mem:)顯示物理內存。 Total列不顯示核心使用的物理內存(通常大約1MB)。Used列顯示被使用的內存總額(第二行不計緩沖)。 Free列顯示全部沒使用的內存。Shared列顯示多個進程共享的內存總額。Buffers列顯示磁盤緩存的當前大小。
　　後一行(Swap:)對對換空間，顯示的信息類似上面。如果這行為全0，那麼沒使用對換空間。

　　通過top ，或使用proc文件系統的/proc/meminfo 文件可以得到相同的信息。得到某個對換空間的使用信息目前還比較困難。

　　可用swapoff 取消對換空間，一般不必這樣，除非是臨時對換空間。對換空間中的要用的頁被換入(swap->RAM)，如果沒有足夠的物理內存，就被換出(RAM->swap，到其他對換空間)。如果沒有足夠的虛擬內存放進所有頁面，Linux將開始震蕩(thrash); 很長時間以後應該能恢復，但此時系統不可用。取消一個對換空間前，應該檢查(例如用free )是否有足夠的物理內存。

　　用swapon -a自動使用的所有對換空間可以用swapoff -a取消。它查看文件/etc/fstab 得知要取消什麼。任何手工起用的對換空間將依然使用著。

　　即使有許多空閒的物理內存，有時許多對換空間也被使用著。這種情況是由於在某個時間需要對換，但後來一個占用大量物理內存的大進程終止並釋放了內存。直到被換出的數據要被使用之前它們並不自動換入。不必顧慮這種情況，但知道為什麼會發生這種情況會更安心。

　　與其他操作系統共享對換空間

　　許多操作系統內置虛擬內存。由於他們只需在運行時使用，即，不會同時，那麼除了當前運行的，其他所有對換空間都浪費著。如果他們共享同一個對換空間將更有效。這是可能的但需要一些Hacking工作。 Tips-HOWTO包含了一些如何完成這項任務的忠告。

　　分配對換空間

　　也許有人告訴你，應該分配2倍於物理內存的對換空間，但這是個虛假的規律。下面說明如何正確：

　　估計你的全部內存需求。這是你可能需要的最大量，即你要同時運行的所有程序所需的內存要求的總和。你可以同時運行你可能同時運行的所有程序試試。

　　例如，如果你想運行X，你得分配8MB給他，gcc要求數MB(有些文件偶爾可能需要很大量，數十MB，但一般4MB差不多)，等等。核心自己使用1MB，Shell和一些小工具可能需要幾百KB(或說，總共1MB)。不必太精確，粗略估計就行，但可以較悲觀地考慮。

　　記得如果將有多人同時使用系統，他們將都消耗內存。如果2個人同時運行相同的程序，總內存消耗一般並非加倍，因為代碼頁和共享庫是單一的。

　　free 和ps 命令對估計內存需求很有用。

　　第一步的估計加上一些安全量。因為對程序大小的估計很可能是錯誤的，因為你可能忘了一些要運行的程序，並確定你有一些額外空間。應該有數MB。(分配太多對換空間比分配太少好，但不必過分，因為不使用的對換空間是浪費；見後文：關於增加對換空間。) Also,since it is nicer to deal with even numbers, you can round the value up to the next full megabyte.

　　基於以上計算，你知道了你總共需要多少內存。減去你的實際物理內存，就是對換空間。 (有些版本的UNIX中，你還需要分配物理內存的映象空間，所以第二布中計算的你所需的空間就不能減)

　　如果你計算的對換空間比你的實際物理內存大得多(大於好幾倍以上)，那麼你也許需要更多的物理內存，否則系統性能將太低。

　　即使計算顯示你無須對換空間，最好還是至少有一些。Linux有些侵略性地使用對換空間，這樣保持一定的空閒物理內存。即使內存還不為什麼程序所需，Linux也會換出一些不用的內存頁，這樣在需要的時候就可以避免因對換的等待--即對換可以在硬盤空閒的時候提早完成。

　　對換空間可以分在幾個硬盤中，這有時可以提高性能，依賴於這些盤的相對速度和存取模式。你可以嘗試幾中方案，但要知道正確地嘗試是很困難的。不要相信某種方案比其他方案好的斷定，因為它不會總是對的。

　　高速緩存

　　與存取(真正的)內存相比，從磁盤讀是很慢的 另外，在相對短的一端時間裡，多次讀硬盤相同的部分是很常見的。例如，你可能先讀了一封電子郵件，然後回復時又將它讀入編輯器，然後復制它到一個文件夾時又用郵件程序讀它。或者，考慮命令ls 可能被系統上的很多用戶多麼頻繁地使用。只從磁盤讀一次信息，並保持在硬盤中，知道不再需要，除了第一次讀，其他都會較快。這就叫磁盤緩存disk buffering，用於此目的的內存叫buffer cache。

　　不幸的是，由於內存是有限且缺乏的資源，buffer cache一般不會足夠大(大到能夠裝下所有人可能用到的數據)。當cache滿時，最長時間不用的數據將被丟棄，內存釋放給最新的數據。

　　磁盤緩沖也用於寫操作。要寫的數據經常馬上又被讀(例如一個源代碼文件保存到文件中後又被編譯器讀出)，所以將要寫的數據放在緩沖裡是個好主意。另外，只將數據放如cache而不馬上寫到磁盤，寫操作的程序執行速度更快。寫操作然後可以在後台完成，而不降低其他程序的速度。

　　許多操作系統有buffer caches (即使名稱不同),但並非都根據上述原理。有些是透寫write-through: 數據馬上寫到磁盤(當然也同時寫到cache) 不馬上寫的cache叫回寫write-back。回寫比透寫更有效，但也更容易出錯：如果系統崩潰，或電源突然掉電，或軟盤在cache回寫前被取出，那麼cache中改變的數據將丟失。這可能意味著文件系統is not in full working order, 可能由於未寫數據包含了系統記錄信息的重要的變化。

　　因此，千萬不要不經過正常的關閉過程直接關閉電源(見6章), 或沒有unmount就取出軟盤(如果是mount的)，或什麼程序還在用著軟盤，或軟盤燈還在閃。 sync 命令刷新緩沖，即強制將所有未寫數據寫回磁盤，如果要確保所有數據安全回寫，可以用它。傳統的UNIX系統中，有個update 程序在後台運行，它每30秒運行一次 sync ，所以通常無須使用sync 。 Linux有一個另外的