『壹』 linux系統基本的內存管理知識講解
內存是Linux內核所管理的最重要的資源之一。內存管理系統是操作系統中最為重要的部分，因為系統的物理內存總是少於系統所需要的內存數量。虛擬內存就是為了克服這個矛盾而採用的策略。系統的虛擬內存通過在各個進程之間共享內存而使系統看起來有多於實際內存的內存容量。Linux支持虛擬內存, 就是使用磁碟作為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碟，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。
一、內存使用情況監測
(1)實時監控內存使用情況
在命令行使用「Free」命令可以監控內存使用情況
代碼如下:
#free
total used free shared buffers cached
Mem: 256024 192284 63740 0 10676 101004
-/+ buffers/cache: 80604 175420
Swap: 522072 0 522072
上面給出了一個256兆的RAM和512兆交換空間的'系統情況。第三行輸出(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列顯示磁碟緩存的當前大小。第五行(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。在預設的狀態下，free命令以千位元組(也就是1024位元組為單位)來顯示內存使用情況。可以使用—h參數以位元組為單位顯示內存使用情況，或者可以使用—m參數以兆位元組為單位顯示內存使用情況。還可以通過—s參數使用命令來不間斷地監視內存使用情況：
#free –b –s2
這個命令將會在終端窗口中連續不斷地報告內存的使用情況，每2秒鍾更新一次。
(2)組合watch與 free命令用來實時監控內存使用情況：
代碼如下:
#watch -n 2 -d free
Every 2.0s: free Fri Jul 6 06:06:12 2007
total used free shared buffers cached
Mem: 233356 218616 14740 0 5560 64784
-/+ buffers/cache: 148272 85084
Swap: 622584 6656 615928
watch命令會每兩秒執行 free一次，執行前會清除屏幕，在同樣位置顯示數據。因為 watch命令不會卷動屏幕，所以適合出長時間的監測內存使用率。可以使用 -n選項，控制執行的頻率;也可以利用 -d選項，讓命令將每次不同的地方顯示出來。Watch命令會一直執行，直到您按下 [Ctrl]-[C] 為止。
二、虛擬內存的概念
(1)Linux虛擬內存實現機制
Linux虛擬內存的實現需要六種機制的支持：地址映射機制、內存分配回收機制、緩存和刷新機制、請求頁機制、交換機制、內存共享機制。
首先內存管理程序通過映射機制把用戶程序的邏輯地址映射到物理地址，在用戶程序運行時如果發現程序中要用的虛地址沒有對應的物理內存時，就發出了請求頁要求;如果有空閑的內存可供分配，就請求分配內存(於是用到了內存的分配和回收)，並把正在使用的物理頁記錄在緩存中(使用了緩存機制)。 如果沒有足夠的內存可供分配，那麼就調用交換機制，騰出一部分內存。另外在地址映射中要通過TLB(翻譯後援存儲器)來尋找物理頁;交換機制中也要用到交換緩存，並且把物理頁內容交換到交換文件中後也要修改頁表來映射文件地址。
(2)虛擬內存容量設定
也許有人告訴你，應該分配2倍於物理內存的虛擬內存，但這是個不固定的規律。如果你的物理保存比較小，可以這樣設定。如果你有1G物理內存或更多的話，可以縮小一下虛擬內存。Linux會把大量的內存用做Cache的,但在資源緊張時回收回.。你只要看到swap為0或者很小就可以放心了,因為內存放著不用才是最大的浪費。
三、使甩vmstat命令監視虛擬內存使用情況
vmstat是Virtual Meomory Statistics(虛擬內存統計)的縮寫，可對操作系統的虛擬內存、進程、CPU活動進行監視。它是對系統的整體情況進行統計，不足之處是無法對某個進程進行深入分析。通常使用vmstat 5 5(表示在5秒時間內進行5次采樣)命令測試。將得到一個數據匯總它可以反映真正的系統情況。
代碼如下:
#vmstat 5 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
1 0 62792 3460 9116 88092 6 30 189 89 1061 569 17 28 54 2
0 0 62792 3400 9124 88092 0 0 0 14 884 434 4 14 81 0
0 0 62792 3400 9132 88092 0 0 0 14 877 424 4 15 81 0
1 0 62792 3400 9140 88092 0 0 0 14 868 418 6 20 74 0
1 0 62792 3400 9148 88092 0 0 0 15 847 400 9 25 67 0
vmstat命令輸出分成六個部分：
『貳』 linux中物理內存和虛擬內存
vmstat是Virtual Meomory Statistics（虛擬內存統計）的縮寫，可對操作系統的虛擬內存、進程、CPU活動進行監控。他是對系統的整體情況進行統計，不足之處是無法對某個進程進行深入分析。vmstat 工具提供了一種低開銷的系統性能觀察方式。因為 vmstat 本身就是低開銷工具，在非常高負荷的伺服器上，你需要查看並監控系統的健康情況,在控制窗口還是能夠使用vmstat 輸出結果。在學習vmstat命令前，我們先了解一下Linux系統中關於物理內存和虛擬內存相關信息。
物理內存和虛擬內存區別：
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：
首先，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。
其次，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。
最後，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。
虛擬內存原理：
在系統中運行的每個進程都需要使用到內存，但不是每個進程都需要每時每刻使用系統分配的內存空間。當系統運行所需內存超過實際的物理內存，內核會釋放某些進程所佔用但未使用的部分或所有物理內存，將這部分資料存儲在磁碟上直到進程下一次調用，並將釋放出的內存提供給有需要的進程使用。
在Linux內存管理中，主要是通過「調頁Paging」和「交換Swapping」來完成上述的內存調度。調頁演算法是將內存中最近不常使用的頁面換到磁碟上，把活動頁面保留在內存中供進程使用。交換技術是將整個進程，而不是部分頁面，全部交換到磁碟上。
分頁(Page)寫入磁碟的過程被稱作Page-Out，分頁(Page)從磁碟重新回到內存的過程被稱作Page-In。當內核需要一個分頁時，但發現此分頁不在物理內存中(因為已經被Page-Out了)，此時就發生了分頁錯誤（Page Fault）。
當系統內核發現可運行內存變少時，就會通過Page-Out來釋放一部分物理內存。經管Page-Out不是經常發生，但是如果Page-out頻繁不斷的發生，直到當內核管理分頁的時間超過運行程式的時間時，系統效能會急劇下降。這時的系統已經運行非常慢或進入暫停狀態，這種狀態亦被稱作thrashing(顛簸)。
總結：物理內存就是硬體提供的真實的內存，比如我們電腦內存不夠了，就會加一個內存條
虛擬內存就是從磁碟上虛擬出來的一塊邏輯內存，用做虛擬內存的磁碟空間被稱為交換空間（Swap Space
經常使用的文件會優先放在物理內存，不經常使用的文件會放到虛擬內存裡面。
『叄』 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。
本文的測試環境為阿貝雲免費雲伺服器（https://www.abeiyun.com/），阿貝雲目前正在進行"免費虛擬主機"和「免費雲伺服器」體驗活動，感興趣的朋友可以試試。