Linux 内存管理的机制：虚拟内存、分页和交换 (linux内核)

虚拟内存是 Linux 内核实现内存管理的重要概念。它允许一个进程使用比实际物理内存更多的数据，方法是将不频繁使用的部分数据移动到硬盘上的交换文件中。

虚拟内存

虚拟内存使每个进程相信它拥有整个地址空间，而实际上它只拥有一部分物理内存。当一个进程访问虚拟地址空间中的数据时，内核会执行以下步骤：

1. 检查数据是否在物理内存中。
2. 如果数据不在内存中，内核会从交换文件中读取数据并将其加载到内存中。
3. 更新进程的页面表，以反映数据的物理地址。

虚拟内存系统将虚拟地址空间划分为称为页面的固定大小块。页面大小通常为 4 KB。当一个进程访问一个页面时，内核会将该页面加载到物理内存中的一个称为页框的区域中。

分页

分页是虚拟内存管理中使用的技术。它将内存划分为称为页面的固定大小块。每个页面都有一个对应的页框，它存储页面的物理地址。

当一个进程访问虚拟地址空间中的数据时，内核会执行以下步骤：

1. 将虚拟地址转换为物理地址。
2. 如果页面不在物理内存中，内核会从交换文件中读取页面并将其加载到内存中。
3. 将物理地址返回给进程。

分页允许内核高效地管理内存，因为它可以快速地将页面从交换文件中加载到内存中。这使得 Linux 可以在相对较小的物理内存上运行大量进程。

交换

交换是虚拟内存管理中使用的另一个技术。它涉及将不频繁使用的页面从物理内存移动到硬盘上的交换文件中。这释放了物理内存，以便可以将更频繁使用的页面加载到内存中。

当内核确定一个页面不再被使用时，它会将该页面移动到交换文件中。当进程再次访问该页面时，内核会从交换文件中读取页面并将其加载到内存中。

交换允许 Linux 在有限的物理内存上运行大量进程。它也比从物理内存中访问数据要慢得多，因此应谨慎使用。

结论

虚拟内存、分页和交换是 Linux 内核使用的实现高效内存管理的关键机制。这些技术共同允许 Linux 在有限的物理内存上运行大量进程。

理解这些机制如何协同工作对于优化 Linux 系统的性能至关重要。通过仔细调整虚拟内存、分页和交换参数，可以显著提高系统的整体性能。

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linux的虚拟内存机制

1、Linux虚拟内存的实现需要六种机制的支持地址映射机制内存分配回收机制缓存和刷新机制请求页机制交换机制内存共享机制首先内存管理程序通过映射机制把用户程序的逻辑地址映射到物理地址，在用户程序运行时如果发现程序中。 2、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。 3、虚拟内存从应用软件中抽象出物理内存的细节，只允许在物理内存中保留需要的信息demand paging ，并提供一种机制来保护和控制进程之间的数据共享 通过虚拟内存，每次内存访问都访问一个 虚拟地址 当CPU对从系统内存读取或写入的指令。 4、在Linux操作系统中，swap分区的作用相当于Windows系统下的虚拟内存当物理内存不足时，将部分硬盘空间当内存使用，由于不是真正的内存，因此将其称之为虚拟内存，它的目的就是为了解决内存不足的情况Linux操作系统中的swap。 5、Linux 内存机制 Linux支持虚拟内存Virtual Mmemory，虚拟内存是指使用磁盘当作RAM的扩展，这样可用的内存的大小就相应地增大了内核会将暂时不用的内存块的内容写到硬盘上，这样一来，这块内存就可用于其它目的当需要用到。 6、交换空间Linux 中的交换空间Swap space在物理内存RAM被充满时被使用如果系统需要更多的内存资源，而物理内存已经充满，内存中不活跃的页就会被移到交换空间去虽然交换空 间可以为带有少量内存的机器提供帮助。 7、linux的虚拟内存子系统包含了以下几个功能模块 slab allocator，zoned buddy allocator，MMU，kswapd，bdflush slab allocator叫做slab分配器 buddy allocator又叫做buddy system，叫做伙伴系统，也是一种内存分配器 buddy system是工作在MMU之上的。 8、当然quotsystemquotmd bookquotquot这句在系统里找dos的quotmdquot命令就是空命令了该例子与内存机制无关，当然也有有关的总之，C语言编写调试优化需要在多种系统内验证，否则还是存在一些移植性的问题。 9、Linux的虚拟内存是一个十分复杂的子系统，它实现了进程间代码与数据共享机制的透明性，并能够分配比系统现有物理内存更多的内存，某些操作系统的虚存甚至能通过提供缓存功能影响到文件系统的性能，各种风格的Linux的虚存的实现。 10、在程序代码眼里里没区别，实际上，使用起来会有上百倍的性能差距，内存不足了，用虚拟内存来跑，你看到程序在转圈就是了。 11、程序是直接运行在物理内存上的换句话说，就是程序在运行的过程中访问的都是物理地址如果这个系统只运行一个程序。 12、Linux操作系统是当前非常火的服务端系统，所有的it方向的大学生，都应该好好掌握它。 13、所有的 RSS 列的数据，加起来， 比物理内存的数要大很多 比如， 物理内存为2G， 而RSS列的数据加起来，可能有5个G之多， 这是怎么回事了 这是因为RSS列的值骗了我们 linux的内存机制是这样的 在运行一个程。 14、Linux 的虚拟内存管理有几个关键概念1每个进程都有独立的虚拟地址空间，进程访问的虚拟地址并不是真正的物理地址2虚拟地址可通过每个进程上的页表在每个进程的内核虚拟地址空间与物理地址进行映射，获得真正物理地址。 15、windows是一个文件，作为虚拟内存系统会按照某种策略在适当的时候将物理内存中的部分数据移动到虚拟内存中，以节省物理内存linux是当物理内存不够用的时候，使用虚拟内存windows会将长时间未使用的数据移动到虚拟内存。 16、Linux不大清楚，不过看你描述和Windows类似32位的Windows，每个进程也有4G地址空间的，仅仅是地址空间，不是实际的内存，需要使用时，向系统申请，系统会分配实际的内存给你，并将你进程中的地址和实际地址进行映射，当然这个。

linux的内核参数详解linux的内核参数

linux内核由哪几部分组成,简述各部分作用？

一个完整的Linux内核一般由5部分组成，它们分别是内存管理、进程管理、进程间通信、虚拟文件系统和网络接口。

1、内存管理

内存管理主要完成的是如何合理有效地管理整个系统的物理内存，同时快速响应内核各个子系统对内存分配的请求。

Linux内存管理支持虚拟内存，而多余出的这部分内存就是通过磁盘申请得到的，平时系统只把当前运行的程序块保留在内存中，其他程序块则保留在磁盘中。 在内存紧缺时，内存管理负责在磁盘和内存间交换程序块。

2、进程管理

进程管理主要控制系统进程对CPU的访问。 当需要某个进程运行时，由进程调度器根据基于优先级的调度算法启动新的进程。 ：Linux支持多任务运行，那么如何在一个单CPU上支持多任务呢？这个工作就是由进程调度管理来实现的。

3、进程间通信

进程间通信主要用于控制不同进程之间在用户空间的同步、数据共享和交换。 由于不用的用户进程拥有不同的进程空间，因此进程间的通信要借助于内核的中转来实现。

一般情况下，当一个进程等待硬件操作完成时，会被挂起。 当硬件操作完成，进程被恢复执行，而协调这个过程的就是进程间的通信机制。

4、虚拟文件系统

Linux内核中的虚拟文件系统用一个通用的文件模型表示了各种不同的文件系统，这个文件模型屏蔽了很多具体文件系统的差异，使Linux内核支持很多不同的文件系统。

5、网络接口

网络接口提供了对各种网络标准的实现和各种网络硬件的支持。 网络接口一般分为网络协议和网络驱动程序。 网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议。

linux遵循什么标准？

Linux系统最低配置：

CPU：700MHz；

内存：384MB；

硬盘：6GB剩余空间；

显卡：800x600以上分辨率。

Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和Unix的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。 它能运行主要的Unix工具软件、应用程序和网络协议。 它支持32位和64位硬件。 Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

扩展资料：

Linux主要特性：

1、完全免费

Linux是一款免费的操作系统，用户可以通过网络或其他途径免费获得，并可以任意修改其源代码。 这是其他的操作系统所做不到的。 正是由于这一点，来自全世界的无数程序员参与了Linux的修改、编写工作，程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变，这让Linux吸收了无数程序员的精华，不断壮大。

2、多用户、多任务

Linux支持多用户，各个用户对于自己的文件设备有自己特殊的权利，保证了各用户之间互不影响。 多任务则是现在电脑最主要的一个特点，Linux可以使多个程序同时并独立地运行。

3、良好的界面

Linux同时具有字符界面和图形界面。 在字符界面用户可以通过键盘输入相应的指令来进行操作。 它同时也提供了类似Windows图形界面的X-Window系统，用户可以使用鼠标对其进行操作。 在X-Window环境中就和在Windows中相似，可以说是一个Linux版的Windows。

4、支持多种平台

Linux可以运行在多种硬件平台上，如具有x86、680x0、SPARC、Alpha等处理器的平台。 此外Linux还是一种嵌入式操作系统，可以运行在掌上电脑、机顶盒或游戏机上。 2001年1月份发布的Linux2.4版内核已经能够完全支持Intel64位芯片架构。 同时Linux也支持多处理器技术。 多个处理器同时工作，使系统性能大大提高。

linux内核的主要组成部分有哪些？

Linux系统一般有4个主要部分：内核、shell、文件系统和应用程序。 内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构，它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。 一．Linux内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、可执行程序和TCP/IP网络功能。 Linux内核的模块分为以下几个部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信、系统的初始化和系统调用等。

二．Linuxshellshell是系统的用户界面，提供了用户与内核进行交互操作的一种接口。 它接收用户输入的命令并把它送入内核去执行，是一个命令解释器。

另外，shell编程语言具有普通编程语言的很多特点，用这种编程语言编写的shell程序与其他应用程序具有同样的效果。

三．Linux文件系统文件系统是文件存放在磁盘等存储设备上的组织方法。 Linux系统能支持多种目前流行的文件系统，如EXT2、EXT3、FAT、FAT32、VFAT和ISO9660。 四．Linux应用程序标准的Linux系统一般都有一套都有称为应用程序的程序集，它包括文本编辑器、编程语言、XWindow、办公套件、Internet工具和数据库等。

linux内核是什么，有啥作用？

(Linux)内核是(Linux)操作系统的核心，一般包含五大部分：进程管理、存储管理、文件管理、设备管理和网络管理，是一组程序模块，具有访问硬件设备和所有主存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序。 主要功能是：资源抽象、资源分配、资源共享。 (资源是指CPU、内存等。 )在内核基础上挂载第三方软件便构成操作系统，Ubuntu、RedHat、Fedora、Debian等都是基于Linux内核(版本号可能不同)的不同操作系统。 内核函数对用户是完全透明的，用户想要调用内核函数只有两种途径：一是应用程序→系统调用(程序接口)→操作系统；二是操作命令→系统程序(作业接口)→操作系统。 内核是不是指的就是用shell控制的东西？shell命令可能是普通的应用程序，也可能是库函数或系统调用(你可以理解为内核函数)。 如果你想查看某命令是普通shell命令，还是库函数或系统调用，可以在终端输入“man命令”查看。 如manopen，左上角应该是OPEN(2)。 1表示普通shell命令，2表示系统调用，3表示库函数。 注：库函数事实上是内核函数的封装，介于应用程序与内核函数之间。 应用程序是不能直接访问内核函数的，必须通过库函数。 这是一种保护内核函数的一种机制。 事实上很多时候我们都要用到内核函数，只是我们并不知道而已，如打开文件要调用open()、关闭文件要调用close()等等

Linux内核版本号的规则？

Linux内核版本有两种：稳定版和开发版，Linux内核版本号由3个数字组成：r.x.y

r：目前发布的内核主版本。

x：偶数表示稳定版本；奇数表示开发中版本。

y：错误修补的次数。

内核版本号每位都代表什么?

以版本号为例,

r:2,主版本号

x:6,次版本号，表示稳定版本

y:9,修订版本号，表示修改的次数

头两个数字合在一齐可以描述内核系列。 如稳定版的2.6.0，它是2.6版内核系列。

5:表示这个当前版本的第5次微调patch，而ELsmp指出了当前内核是为ELsmp特别调校的

EL:EnterpriseLinux；smp:表示支持多处理器，表示该内核版本支持多处理器

知识延伸

一般的有三种

3一般的内核

RedHatLinux开机的时候，GRUB的启动菜单会有两个选项，分别是

RedHatEnterpriseLinuxES(版本号)

RedHatEnterpriseLinuxES-up(版本号)

这两个分别是代表什么含义呢?

其实这个就是系统开机时由GRUB引导启动－单处理器与对称多处理器启动核心文件的区别。

RedHatEnterpriseLinuxES(版本号)multipleprocessor(symmetricmultiprocessing)

RedHatEnterpriseLinuxES-up(版本号)uniprocessor

下面就把SUSE与RedHat启动菜单内可选择的选项，列举出来

版本号-default:SUSELinuxkernelforuniprocessorMachines默认选项，支持单处理器机器

版本号-smp:SUSELinuxkernelthatsupportssymmetricmultiprocessingandupto4GBofRAM

支持4GB内存的对称多处理器机器

版本号-bigsmp:SUSELinuxkernelsupportssymmetricmultiprocessingandupto64GB

支持64GB内存的对称多处理器机器

RedHatLinux

版本号:RedHatLinuxkernelforuniprocessormachines支持单处理器机器

版本号:RedHatLinuxkernelthatsupportsupto64GBofRAM

支持64GB内存的对称多处理器机器

版本号:RedHatLinuxkernelthatsupportssymmetricmultiprocessing对称多处理器机器，支持4G内存

有些情况下你需要支持1和2特性，那么你可以：重新编译一下内核，在处理器及内存选择项上选择与你配置相对应的选项即可。

如何下载对应内核版本的源代码？

一般情况下，可以直接到官网：下载，

缺点是：对于任何内核做过特殊优化调校的发行版是不合适的，尤其是fedoraubuntu这一类的，毕竟他们在内核中打了大量的补丁，做了很多优化，如果直接使用官方源码，你就无法享受到这些东西，内核不是越新越好的越合适越好

因此最好到发行商的官网去下载，因为官方已经提供了编译好的源码rpm包。

如何使用对应的内核源码包？

以fedora官方提供的内核源码为例

首先，安装源码

然后，转换源码

转换之前，请确保/usr/src/目录下有redhat目录（一般/usr/src/是空目录）。

#rpmbuild-bp--target=$(uname-m)/usr/src/redhat/SPECS/

这样会将源码放置在/usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.23/。

这里有两个有用的文件夹：.

——这个是提供的包经过Fedora补丁和升级得到的。也就是8这个打过补丁的内核

ARCH与uname-m的输出结果一致，通常为i686。如果你想得到不同的输出，你可以使用

“--target=”这个选项来进行指定。

vanilla——这个是标准的、由提供的没有经过补丁和升级的源码。

分析Linux 内核（Kernel）组成

Linux内核，作为宏内核架构的典范，它的核心职责是统筹管理操作系统的关键组件，包括进程、内存、设备、文件和网络。 这个神秘的世界在内核空间中高效运作，与用户层通过系统调用接口紧密相连。 Linux内核的独特设计，将复杂功能划分为五个关键模块：

进程管理，如同舞台上的调度大师，负责调度、创建和控制一个个程序的运行。CFS算法自Linux 2.6版本起崭露头角，引入公平的资源分配机制，确保每个进程都能得到公正对待。进程内部，程序、堆栈和用户线程等概念共同构建了动态的执行环境。

内存管理，则是内核的内存魔术师，它巧妙地将虚拟内存与物理内存进行转换，支持分页和动态内存调整，甚至在32位系统中实现了对4GB内存的极限支持。 系统内存与用户空间的划分，使得资源分配更加灵活，用户空间的内存可以根据需要进行调整。

在文件管理领域，Linux采用虚拟文件系统（VFS）策略，抽象出设备无关的接口，使得应用程序无需关心底层硬件细节，只需通过文件操作来处理数据。 这是内核与用户交互的重要桥梁。

网络子系统则是一个独立而复杂的部分，它分为Socket、协议和设备层，为众多网络协议提供了支持。 无论是TCP/IP还是其他协议，网络子系统都能确保数据的快速传输和可靠连接。

最后，设备子系统是Linux内核的灵魂。 设备驱动，如LCD、USB等，扮演着硬件世界的翻译官，隐藏了硬件的复杂性，应用程序只需通过设备文件来与之交互。 设备驱动的功能涵盖了初始化设备、处理数据传输和错误处理等，将硬件功能无缝融入到操作系统中，设备种类繁多，如字符设备（如串口）、块设备（如硬盘）和网络设备（如网卡）各司其职。

Linux内核的精密构建，展现了其在操作系统领域的卓越才能，每一个模块都在默默地守护着系统的稳定运行，为用户提供极致的体验。 这就是Linux内核，那个在看不见的底层默默工作的巨人。

超级干货：3个性能监控和优化命令详解

本文主要介绍三个用于性能监控和优化的Linux命令：top命令、free命令和vmstat命令。 这些命令是系统管理中常用且功能强大的工具，能够帮助用户实时了解和分析系统性能。 首先，top命令是Linux下常用的性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况，类似于Windows的任务管理器。 通过top命令，用户可以查看CPU、内存使用情况，以及进程的详细信息。 使用top命令时，可以按CPU使用率、内存使用量和执行时间对任务进行排序，并通过快捷键进行字段排序、高亮显示当前运行进程等操作，从而更直观地进行性能监控和优化。 其次，free命令用于显示Linux系统中空闲的、已用的物理内存及swap内存，以及被内核使用的buffer。 free命令是监控内存使用情况的常用工具之一。 通过输出的信息，用户可以了解系统内存的使用状态，包括物理内存、交换内存以及内核缓冲区的使用情况。 此外，通过区分系统视角和应用视角下内存的使用情况，以及对buffer和cached的解释，可以帮助用户理解内存使用效率，并提供内存优化的思路。 最后，vmstat命令是用于监控系统虚拟内存、进程和CPU活动的工具。 它提供了系统整体性能的统计信息，包括进程创建、切换、CPU使用率、内存使用情况等。 vmstat命令的输出可以作为系统整体性能监控的重要参考，帮助用户了解系统资源的使用情况和潜在问题。 通过vmstat命令，用户可以监控物理内存和虚拟内存的交换情况，以及进程的状态变化，从而进行系统性能优化。 通过掌握这些命令的使用方法和特性，系统管理员可以更有效地监控系统性能，及时发现并解决性能瓶颈，提升系统的整体运行效率。 同时，了解内存管理的基本原理，如物理内存与虚拟内存的区别、Linux内存管理的分页和交换机制等，对于合理规划和设计内存使用策略具有重要意义。

一文剖析 Linux 内核的内存管理

内存管理的主要工作是对物理内存组织，并对物理内存分配与回收。 Linux引入虚拟地址以避免用户进程直接操作物理内存的潜在风险。 虚拟地址具有以下作用：1. 防止用户进程破坏内核运行及影响其他进程。 2. 将逻辑地址与物理地址映射，每个进程拥有独立的逻辑地址范围。 3. 申请内存时分配逻辑地址与物理地址，并建立映射关系。 Linux内存管理涉及三个关键部分：1. **物理内存组织**：Linux内存分为三个层级，包括页、区与节点。 2. **物理内存分配**：分配分为大内存与小内存两种方式。 大内存采用伙伴系统，小内存则采用slub分配。 3. **虚拟地址组织**：虚拟空间分为用户态与内核态，32位系统比例为1:3，64位系统则为独立分配。 用户态虚拟空间包含代码、数据、全局变量、堆、栈与mmap映射区域，内核态则分为直接映射区与动态映射区。 4. **虚拟地址映射**：通过页表将虚拟地址转化为物理地址。 页表映射需要离散存储以减少内存使用，通过1K个page来存储1K个页表记录索引。 5. **TLB与虚拟内存**：TLB缓存虚拟地址与物理地址，虚拟内存利用硬盘作为虚拟内存，以提高程序运行效率。 尽管虚拟内存扩展了逻辑上可运行的内存容量，但数据在内存与磁盘间的频繁交换降低了性能。 总结，Linux内存管理通过虚拟地址、页表、直接映射与动态映射实现了对物理内存的有效组织与高效使用，确保了系统稳定运行与程序执行的安全性。

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