『壹』 linux - Swap
首先，swap是硬碟上的一塊空間。
其次，當內存沒有多餘空間的時候，可以將一部分數據交換到swap空間。也就是將內存中的一部分數據放到硬碟中，並釋放內存空間。這樣，釋放出的內存空間就又可以被利用來存儲其他數據了。
這樣，本來只有4G的內存，如果swap有2G的話，可使用的內存可以認為是6G。
但是，硬碟的速度比內存慢太多太多了。因此swap只是對內存的一種補充，是在內存不足時對內存的擴充，但是不能代替內存使用。
內存不足時， 操作系統 會選擇 最久沒被使用的內存數據 ，交換到swap空間。
注意，交換操作是由操作系統來進行的。
系統在什麼情況或條件下才會使用Swap分區的空間呢？ 其實是Linux通過一個參數swappiness來控制的。當然還涉及到復雜的演算法。
這個參數值可為 0-100，控制系統 swap 的使用程度。
0告訴內核盡可能的不要將內存數據移到swap中，也即只有在迫不得已的情況下才這么做，而100告訴內核只要有可能，盡量的將內存中不常訪問的數據移到swap中。默認值為 60。注意：這個只是一個權值，不是一個百分比值，涉及到系統內核復雜的演算法
查看當前系統中swappiness的值
修改當前系統中swappiness的值
上面通過sysctl修改的swappiness值在系統重啟後會失效，要想重啟後繼續生效，需要修改配置文件/etc/sysctl.conf，將下面這行修改成10，如果文件中找不到這行的話，在文件末位加上這行就可以了
既然配置swap對桌面系統有幫助，那麼配置多少大小的swap比較合適呢？下面是ubuntu給出的建議：
Linux下有兩種類型的swap空間，swap分區和swap文件，他們有各自的特點：
swap分區上面由於沒有文件系統，所以相當於內核直接訪問連續的磁碟空間，效率相對要高點，但由於swap分區一般安裝系統時就分配好了了，後期要縮減空間和擴容都很不方便。
swap文件放在指定分區的文件系統裡面，所以有可能受文件系統性能的影響，但據說2.6版本以後的內核可以直接訪問swap文件對應的物理磁碟地址，相當於跳過了文件系統直接訪問磁碟，不過如果swap文件在磁碟上的物理位置不連續時，還是會對性能產生不利影響，但其優點就是靈活，隨時可以增加和移除swap文件。
如果配置有多個swap分區或者文件的話，這里將會有多行，每行代表一個正在被系統使用的swap分區或文件，下面是每個欄位的意思：
並不是swap空間佔用多就一定性能下降，真正影響性能是swap in和out的頻率，頻率越高，對系統的性能影響越大，我們可以通過vmstat命令來查看swap in/out的頻率
在添加swap分區前，首先得有一個空閑的分區，如果是一塊新的磁碟，可以用fdisk來創建一個新的分區用於swap。
添加swap文件就簡單多了，也沒有分區操作那麼有風險。
通過如下命令，能查看所有進程的使用swap情況
查看某個進程swap佔用內存大小腳本：
查看所有進程使用swap情況腳本：
『貳』 Linux內存系統
維基網路——虛擬內存定義
All about Linux swap space
Linux將物理RAM （Random Access Memory） 劃分為稱為頁面的內存塊。交換是將一頁內存復制到硬碟上的預配置空間（稱為交換空間）以釋放改內存頁面上的過程。物理內存和交換空間的組合就是可用的虛擬內存量。
虛擬內存的那點事兒
進程是與其他進程共享CPU和內存資源的。為了有效的管理內存並減少出錯，現代操作系統提供了一種對主存的抽象概念，即：虛擬內存（ Virtual Memory ）。 虛擬內存為每個進程提供一個一致的，私有的地址空間，每個進程擁有一片連續完整的內存空間。
正如 維基網路 所說，虛擬內存不只是「使用硬碟空間來擴展內存」的技術。 虛擬內存的重要意義是它定義了一個連續的虛擬地址空間， 使得程序編寫難度降低。並且， 把內存擴展到硬碟空間只是使用虛擬內存的必然結果，虛擬內存空間會存在硬碟中，並且會被全部放入內存中緩沖（按需），有的操作系統還會在內存不夠的情況下，將一進程的內存全部放入硬碟空間中，並在切換到進程時再從硬碟讀取 （這也是Windows會經常假死的原因...）。
虛擬內存主要提供了如下三個重要的能力：
內存通常被組織為一個由M個連續的位元組大小的單元組成的數組。每個位元組都有一個唯一的物理地址 （Physical Address PA） ，作為到數組的索引。
CPU訪問內存最簡單直接的方法就是使用物理地址，這種定址方式稱為 物理定址 。
現代計算機使用的是一種被稱為虛擬定址 （Virtual Addressing） 的定址方式。 使用虛擬定址，CPU需要將虛擬地址翻譯成物理地址，這樣才能訪問到真實的物理內存。
虛擬定址需要硬體與操作系統之間相互合作。 CPU中含有一個被稱為內存管理單元 （Memory Management Unit，MMU） 的硬體，它的功能是將虛擬地址轉換稱為物理地址，MMU需要藉助存放在內存中的 頁表 來動態翻譯虛擬地址，該頁表由操作系統管理。
分頁表是一種數據結構，它用於計算機操作系統中虛擬內存系統，其存儲了虛擬地址到物理地址之間的映射。虛擬地址在訪問進程中是唯一的，而物理地址在硬體（比如內存）中是唯一的。
在操作系統中使用 虛擬內存 ，每個進程會認為使用一塊大的連續的內存，事實上，每個進程的內存散布在 物理內存 的不同區域。或者可能被調出到備份存儲中（一般是硬碟）。當一個進程請求自己的內存，操作系統負責把程序生成的虛擬地址，映射到實際存儲的物理內存上。操作系統在 分頁表 中存儲虛擬地址到物理地址的映射。每個映射被稱為 分頁表項（page table entry ,PTE） 。
在一個簡單的地址空間方案中，由虛擬地址定址的頁與物理內存中的幀之間的關系。物理內存可以包含屬於許多進程的頁。如果不經常使用，或者物理內存已滿，可以將頁面分頁到磁碟。在上圖中，並非所有頁面都在物理內存中。
虛擬地址到物理地址的轉換（即虛擬內存的管理）、內存保護、CPU高速緩存的控制。
現代的內存管理單元是以 頁 的方式，分割虛擬地址空間（處理器使用的地址范圍）的；頁的大小是2的n次方，通常為幾KB（位元組）。地址尾部的n位（頁大小的2的次方數）作為頁內的偏移量保持不變。其餘的地址位（address）為（虛擬）頁號。
內存管理單元通常藉助一種叫做轉譯旁觀緩沖器（Translation Lookaside Buffer，TLB）和相聯高速緩存來將虛擬頁號轉換為物理頁號。當後備緩沖器中沒有轉換記錄時，則使用一種較慢的機制，其中包括專用硬體的數據結構或軟體輔助手段。這個數據結構稱為 分頁表 ，頁表中的數據叫做 分頁表項 （page table entry PTE）。物理頁號結合頁偏移量便提供了完整的物理地址。
頁表 或 轉換後備緩沖器數據項應該包括的信息有：
有時候，TLB和PTE會 禁止對虛擬頁訪問 ，這可能是因為沒有RAM與虛擬頁相關聯。如果是這種情況，MMU將向CPU發出頁錯誤的信號，操作系統將進行處理，也許會尋找RAM的空白幀，同時建立一個新的PTE將之映射到所請求的虛擬地址。如果沒有空閑的RAM，可能必須關閉一個已經存在的頁面，使用一些替換演算法，將之保存到磁碟中（這被稱為頁面調度）。
當需要將虛擬地址轉換為物理地址時，首先搜索TLB，如果找到匹配（TLB）命中，則返回物理地址並繼續存儲器訪問。然而，如果沒有匹配（稱為TLB未命中），則MMU或操作系統TLB未命中處理器通常會查找 頁表 中的地址映射以查看是否存在映射（頁面遍歷），如果存在，則將其寫回TLB（這必須完成，因為硬體通過虛擬存儲器系統中的TLB訪問存儲器），並且重啟錯誤指令（這也可以並行發生）。此後續轉換找到TLB命中，並且內存訪問將繼續。
虛擬地址到物理地址的轉換過程，如果虛擬內存不存在與TLB，轉換會被重置並通過分頁表和硬體尋找。
通常情況下，用於處理此中斷的程序是操作系統的一部分。如果操作系統判斷此次訪問有效，那麼 操作系統會嘗試將相關的分頁從硬碟上的虛擬內存文件調入內存。 而如果訪問是不被允許的，那麼操作系統通常會結束相關的進程。
雖然叫做「頁缺失」錯誤，但實際上這並不一定是一種錯誤。而且這一機制是利用虛擬內存來增加程序可用內存空間。
發生這種情況的可能性：
當原程序再次需要該頁內的數據時，如果這一頁確實沒有被分配出去，那麼系統只需要重新為該頁在MMU內注冊映射即可。
操作系統需要：
硬性頁缺失導致的性能損失是很大的。
另外，有些操作系統會將程序的一部分延遲到需要使用的時候再載入入內存執行，以此提升性能。這一特性也是通過捕獲硬性頁缺失達到的。
當硬性頁缺失過於頻繁發生時，稱發生 系統顛簸。
具體動作與所使用的操作系統有關，比如Windows會使用異常機制向程序報告，而類Unix系統則使用信號機制。
盡管在整個運行過程中，程序引用不同的頁面總數（也就是虛擬內存大小）可能超出了物理存儲器（DRAM）總大小，但是程序常常在較小的活動頁面上活動，這個集合叫做工作集或者常駐集。在工作集被緩存後，對它的反復調用會使程序命中提高，從而提高性能。
大部分的程序都可以在存儲器獲取數據和讀取中達到穩定的狀態，當程序達到穩定狀態時，存儲器的使用量通常都不會太大。虛擬內存雖然可以有效率控制存儲器的使用， 但是大量的頁缺失還是造成了系統遲緩的主要因素。 當工作集的大小超過物理存儲器大小，程序將會發生一種不幸的情況，這種情況稱為 「顛簸」 ，頁面將不停的寫入、釋放、讀取，由於大量的丟失（而非命中）而損失極大性能。用戶可以增加隨機存取存儲器的大小或是減少同時在系統里運行程序的數量來降低系統顛簸的記錄。
推薦閱讀：
操作系統--分頁(一)
操作系統實現（二）：分頁和物理內存管理
『叄』 linux內核物理內存管理有哪些常用演算法
Linux內核主要由五個子系統組成：進程調度，內存管理，虛擬文件系統，網路介面，進程間通信。
1.進程調度（SCHED）:控制進程對CPU
的訪問。當需要選擇下一個進程運行時，由調度程序選擇最值得運行的進程。可運行進程實際上是僅等待CPU資源的進程，如果某個進程在等待其它資源，則該進
程是不可運行進程。Linux使用了比較簡單的基於優先順序的進程調度演算法選擇新的進程。
2.內存管理（MM）允許多個進程安全的
共享主內存區域。Linux
的內存管理支持虛擬內存，即在計算機中運行的程序，其代碼，數據，堆棧的總量可以超過實際內存的大小，操作系統只是把當前使用的程序塊保留在內存中，其餘
的程序塊則保留在磁碟中。必要時，操作系統負責在磁碟和內存間交換程序塊。內存管理從邏輯上分為硬體無關部分和硬體有關部分。硬體無關部分提供了進程的映
射和邏輯內存的對換；硬體相關的部分為內存管理硬體提供了虛擬介面。
3.虛擬文件系統
（Virtual File
System,VFS）隱藏了各種硬體的具體細節，為所有的設備提供了統一的介面，VFS提供了多達數十種不同的文件系統。虛擬文件系統可以分為邏輯文件
系統和設備驅動程序。邏輯文件系統指Linux所支持的文件系統，如ext2,fat等，設備驅動程序指為每一種硬體控制器所編寫的設備驅動程序模塊。
4.網路介面（NET）提供了對各種網路標準的存取和各種網路硬體的支持。網路介面可分為網路協議和網路驅動程序。網路協議部分負責實現每一種可能的網路傳輸協議。網路設備驅動程序負責與硬體設備通訊，每一種可能的硬體設備都有相應的設備驅動程序。
5.進程間通訊(IPC) 支持進程間各種通信機制。
『肆』 Linux上的虛擬內存swap簡介
在Linux操作系統中，swap分區的作用相當於Windows系統下的虛擬內存。當物理內存不足時，將部分硬碟空間當內存使用，由於不是真正的內存，因此將其稱之為虛擬內存，它的目的就是為了解決內存不足的情況。
Linux操作系統中的swap可以分為兩種：一種是將某個物理磁碟分區作為swap，另一種是通過文件來實現swap。
既然配置swap對桌面系統有幫助，那麼配置多少大小的swap比較合適呢？下面是ubuntu給出的建議：
或者直接將swap設置為物理內存的2倍！
輸入命令 swapon -s 可以查看系統的swap信息，從下面的輸出可以看出，設置了一個大小為1G的虛擬內存。
重啟系統，再次執行 swapon -s 查看虛擬內存。
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『伍』 Linux內存機制（swap）
我們知道，直接從物理內存讀寫數據要比從硬碟讀寫數據要快的多，因此，我們希望所有數據的讀取和寫入都在內存完成，而內存是有限的，這樣就引出了物理內存與虛擬內存的概念。
物理內存就是系統硬體提供的內存大小，是真正的內存，相對於物理內存，在linux下還有一個虛擬內存的概念，虛擬內存就是為了滿足物理內存的不足而提出的策略，它是利用磁碟空間虛擬出的一塊邏輯內存，用作虛擬內存的磁碟空間被稱為交換空間（Swap Space）。
作為物理內存的擴展，linux會在物理內存不足時，使用交換分區的虛擬內存，更詳細的說，就是內核會將暫時不用的內存塊信息寫到交換空間，這樣以來，物理內存得到了釋放，這塊內存就可以用於其它目的，當需要用到原始的內容時，這些信息會被重新從交換空間讀入物理內存。
Linux的內存管理採取的是分頁存取機制，為了保證物理內存能得到充分的利用，內核會在適當的時候將物理內存中不經常使用的數據塊自動交換到虛擬內存中，而將經常使用的信息保留到物理內存。
要深入了解linux內存運行機制，需要知道下面提到的幾個方面：
Linux系統會不時的進行頁面交換操作，以保持盡可能多的空閑物理內存，即使並沒有什麼事情需要內存，Linux也會交換出暫時不用的內存頁面。這可以避免等待交換所需的時間。
Linux 進行頁面交換是有條件的，不是所有頁面在不用時都交換到虛擬內存，linux內核根據」最近最經常使用「演算法，僅僅將一些不經常使用的頁面文件交換到虛擬 內存，有時我們會看到這么一個現象：linux物理內存還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實，這並不奇怪，例如，一個佔用很大內存的進程運行時，需 要耗費很多內存資源，此時就會有一些不常用頁面文件被交換到虛擬內存中，但後來這個佔用很多內存資源的進程結束並釋放了很多內存時，剛才被交換出去的頁面 文件並不會自動的交換進物理內存，除非有這個必要，那麼此刻系統物理內存就會空閑很多，同時交換空間也在被使用，就出現了剛才所說的現象了。關於這點，不 用擔心什麼，只要知道是怎麼一回事就可以了。
交換空間的頁面在使用時會首先被交換到物理內存，如果此時沒有足夠的物理內存來容納這些頁 面，它們又會被馬上交換出去，如此以來，虛擬內存中可能沒有足夠空間來存儲這些交換頁面，最終會導致linux出現假死機、服務異常等問題，linux雖 然可以在一段時間內自行恢復，但是恢復後的系統已經基本不可用了。
因此，合理規劃和設計Linux內存的使用，是非常重要的.
在Linux 操作系統中，當應用程序需要讀取文件中的數據時，操作系統先分配一些內存，將數據從磁碟讀入到這些內存中，然後再將數據分發給應用程序；當需要往文件中寫 數據時，操作系統先分配內存接收用戶數據，然後再將數據從內存寫到磁碟上。然而，如果有大量數據需要從磁碟讀取到內存或者由內存寫入磁碟時，系統的讀寫性 能就變得非常低下，因為無論是從磁碟讀數據，還是寫數據到磁碟，都是一個很消耗時間和資源的過程，在這種情況下，Linux引入了buffers和 cached機制。
buffers與cached都是內存操作，用來保存系統曾經打開過的文件以及文件屬性信息，這樣當操作系統需要讀取某些文件時，會首先在buffers 與cached內存區查找，如果找到，直接讀出傳送給應用程序，如果沒有找到需要數據，才從磁碟讀取，這就是操作系統的緩存機制，通過緩存，大大提高了操 作系統的性能。但buffers與cached緩沖的內容卻是不同的。
buffers是用來緩沖塊設備做的，它只記錄文件系統的元數據（metadata）以及 tracking in-flight pages，而cached是用來給文件做緩沖。更通俗一點說：buffers主要用來存放目錄裡面有什麼內容，文件的屬性以及許可權等等。而cached直接用來記憶我們打開過的文件和程序。
為了驗證我們的結論是否正確，可以通過vi打開一個非常大的文件，看看cached的變化，然後再次vi這個文件，感覺一下兩次打開的速度有何異同，是不是第二次打開的速度明顯快於第一次呢？接著執行下面的命令：
find / -name .conf 看看buffers的值是否變化，然後重復執行find命令，看看兩次顯示速度有何不同。
上面這個60代表物理內存在使用40%的時候才會使用swap（參考網路資料：當剩餘物理內存低於40%（40=100-60）時，開始使用交換空間） swappiness=0的時候表示最大限度使用物理內存，然後才是 swap空間，swappiness＝100的時候表示積極的使用swap分區，並且把內存上的數據及時的搬運到swap空間裡面。
值越大表示越傾向於使用swap。可以設為0，這樣做並不會禁止對swap的使用，只是最大限度地降低了使用swap的可能性。
通常情況下：swap分區設置建議是內存的兩倍 （內存小於等於4G時），如果內存大於4G，swap只要比內存大就行。另外盡量的將swappiness調低，這樣系統的性能會更好。
B. 修改swappiness參數
永久性修改：
立即生效，重啟也可以生效。
一般系統是不會自動釋放內存的 關鍵的配置文件/proc/sys/vm/drop_caches。這個文件中記錄了緩存釋放的參數，默認值為0，也就是不釋放緩存。他的值可以為0~3之間的任意數字，代表著不同的含義：
0 – 不釋放 1 – 釋放頁緩存 2 – 釋放dentries和inodes 3 – 釋放所有緩存
前提：首先要保證內存剩餘要大於等於swap使用量，否則會宕機！根據內存機制，swap分區一旦釋放，所有存放在swap分區的文件都會轉存到物理內存上。通常通過重新掛載swap分區完成釋放swap。
a.查看當前swap分區掛載在哪？b.關停這個分區 c.查看狀態：d.查看swap分區是否關停，最下面一行顯示全 e.將swap掛載到/dev/sda5上 f.查看掛載是否成功