linux物理内存是指什么

编辑: admin 分类: 电脑知识 发布时间: 2023-04-27 来源:互联网

在linux中，物理内存是指系统硬件提供的内存大小，是真实的内存。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。

linux物理内存是指什么

本教程操作环境：linux7.3系统、Dell G3电脑。

Linux中的虚拟内存和物理内存

我们都知道，直接从内存读写数据要比从硬盘读写数据快得多，因此更希望所有数据的读取和写入都在内存中完成，然而内存是有限的，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（又称 swap 空间）。

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，更详细地说，就是内核会将暂时不用的内存块信息写到交换空间，这样一来，物理内存得到了释放，这块内存就可以用于其他目的，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 系统会不时地进行页面交换操作，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，因为这样可以大大节省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交换进物理内存（除非有这个必要），那么此时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。

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，如此一来，虚拟内存中可能没有足够的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，但是恢复后的系统己经基本不可用了。

因此，合理规划和设计 Linux 内存的使用是非常重要的，关于物理内存和交换空间的大小设置问题，取决于实际所用的硬盘大小，但大致遵循这样一个基本原则：

  • 如果内存较小（根据经验，物理内存小于 4GB），一般设置 swap 分区大小为内存的 2 倍；

  • 如果物理内存大于 4GB，而小于 16GB，可以设置 swap 分区大小等于物理内存；

  • 如果内存大小在 16GB 以上，可以设置 swap 为 0，但并不建议这么做，因为设置一定大小的 swap 分区是有一定作用的。

Linux系统查看内存使用情况

Windows及带有GUI的Linux操作系统中，我们通常可以使用UI查看系统内存及空间使用情况，但是对于开发或者运维人员来说，经常要工作在没有GUI的Linux的服务器，命令行能比GUI提供更多功能和灵活性。

特别当我们的系统中某个应用程序异常，或者系统占用异常，抑或linux开发需要内存裁剪时，我们就要了解下系统内存及空间使用情况，就需要掌握几个常用的查看工具。

常用命令

  • 查看内存使用情况：free
  • 显示进程信息（包括CPU、内存使用等信息）：top、ps
  • 查看驱动占用内存：lsmod

1 查看系统内存free

free命令可以显示当前系统未使用的和已使用的内存大小，还可以显示被内核使用的内存缓冲区。在终端中输入free（参数稍后说明）可以看到我们服务器内存情况，如下：
在这里插入图片描述

1.1详细说明如下：

Mem: 内存的使用信息
Swap: 交换空间的使用信息

total:总计物理内存的大小。
used:已使用物理内存。
free:可用物理内存。
shared:多个进程共享的内存总额。
buffers/cached:缓存缓冲使用物理内存大小。
available:还可以被应用程序使用的物理内存大小。

1.2 各物理内存之间的关系

total = used + free + buffer/cache
avaiable = free + buffer/cache(一般来说是这样，个人电脑是这样，但服务器或者公共云普通用户有部分buffer/cache是用不了的就会有avaiable < free + buffer/cache)

1.3 free与available的区别

free是正在未被使用的内存
available是应用程序认为可用的内存
Linux为了提升读写性能，消耗一部分内存资源作为缓存或者缓冲内存，在内核看来这部分buffer/cache属于已被使用的内存；在应用程序申请内存，而free内存不够时，就会让内核回收buffer和cache来满足应用程序的内存需求。

1.4buff和cache的区别

buffers和cache是有一定区别的：

  • A buffer is something that has yet to be “written” to disk.　　—buffer 写缓存，数据存储时，先保存到磁盘缓冲区，然后再写入到永久空间
  • A cache is something that has been “reed” from the disk adn stored for later use. --cache 读缓存，数据从磁盘读出后，暂留在缓冲区，预备程序接下来的使用。

1.5 free参数说明

free命令下显示的单位是k，可以在free后面加上-m（即free -m）显示单位为Mb，如下图：
在这里插入图片描述
可以通过free --help查看free的详细命令：
1.png

通过free -h可以自动匹配适合人阅读习惯的单位，其中h是humanity之意。

ps:
第3行swap为交换分区，类似windows系统中的虚拟内存，当内存不足的时候，把一部分硬盘空间虚拟成内存使用,从而解决内存容量不足的情况。

2 查看进程占用内存

  • top命令可以实时动态地查看系统的整体运行情况，是一个综合了多方信息监测系统性能和运行信息的实用工具。通过top命令可以有效的发现系统的缺陷出在哪里，如内存不够、CPU处理能力不够、IO读写过高等。通过top命令所提供的互动式界面，用热键可以管理。
    相关语法：top -X
-b：以批处理模式操作；
-c：显示完整的治命令；
-d：屏幕刷新间隔时间；
-I：忽略失效过程；
-s：保密模式；
-S：累积模式；
-i<时间>：设置间隔时间；
-u<用户名>：指定用户名；
-p<进程号>：指定进程；
-n<次数>：循环显示的次数。
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  • 在top命令执行过程中可以使用的一些交互命令。这些命令都是单字母的，如果在命令行中使用了-s选项， 其中一些命令可能会被屏蔽。交互命令如下：
h：显示帮助画面，给出一些简短的命令总结说明；
k：终止一个进程；
i：忽略闲置和僵死进程，这是一个开关式命令；
q：退出程序；
r：重新安排一个进程的优先级别；
S：切换到累计模式；
s：改变两次刷新之间的延迟时间（单位为s），如果有小数，就换算成ms。输入0值则系统将不断刷新，默认值是5s；
f或者F：从当前显示中添加或者删除项目；
o或者O：改变显示项目的顺序；
l：切换显示平均负载和启动时间信息；
m：切换显示内存信息；
t：切换显示进程和CPU状态信息；
c：切换显示命令名称和完整命令行；
M：根据驻留内存大小进行排序；
P：根据CPU使用百分比大小进行排序；
T：根据时间/累计时间进行排序；
w：将当前设置写入~/.toprc文件中。
登录后复制

  • 直接在终端中输入top指令，可以看到如下界面

2.png

2.1 top命令的第一到第五行的详细说明如下：

top - 10:14:31 当前系统时间
up 3 days, 22:36 系统已经运行了3天22h36min
1 users 共有1个用户为登录状态
load average: 0.57, 0.74, 0.65 系统负载，即任务队列的平均长度，load average后面的三个数字分别表示距离现在一分钟，五分钟，十五分钟的负载情况。
注意：load average数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后按特定算法计算出的数值。如果这个数除以逻辑CPU的数量，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。

Tasks: 322 total 总进程数
2 running 正在运行的进程数
320 sleeping 睡眠的进程数
0 stopped 停止的进程数
0 zombie 冻结进程数
%Cpu(s): 2.7 us, 用户空间占用CPU百分比（用户态使用CPU占比）
2.7 sy 内核空间占用CPU百分比 （系统态使用CPU占比）
0.0 ni 用做nice加权的进程分配的用户态cpu时间比
94.0 id 空闲的cpu时间比
0.0 wa IO wait ，cpu等待磁盘写入完成时间
0.0 hi Hardware IRQ，硬中断消耗时间
0.0 si Software IRQ，软中断消耗时间
0.7 st 被hypervisor（管理程序，一般为服务器或者虚拟机）偷取时间
MiB Mem : 11995.2 total 物理内存总量，单位：Mb
360.9 free 空闲内存总量
6766.0 used 使用的物理内存总量，此处需要注意的是：used实际指的是现在系统内核控制的内存数，空闲内存总量（free）是内核还未纳入其管控范围的数量。纳入内核管理的内存不见得都在使用中，还包括过去使用过的现在可以被重复利用的内存，内核并不把这些可被重新使用的内存交还到free中去，因此在linux上free内存会越来越少，但不用为此担心。
4868.3+buff/cache 用作内核缓存的内存量
MiB Swap: 7680.0 total 交换区总量
7433.1 free 空闲交换区总量
246.9 used 使用的交换区总量
3665.4 avail Mem 在不交换的情况下，对启动新应用程序可用内存的估计
（网上也有说法是交换区的可用容量）
top命令第六行为空。
top命令第七行是各个进程的监控：

从左到右依次为：

PID — 进程id
USER — 进程所有者
PR — 进程优先级
NI — nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级
VIRT — 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES
RES — 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA
SHR — 共享内存大小，单位kb
S — 进程状态。D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程
%CPU — 上次更新到现在的CPU时间占用百分比
%MEM — 进程使用的物理内存百分比
TIME+ — 进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒
COMMAND — 进程名称（命令名/命令行）
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需要注意的是，此界面显示的并不是所有进程，由于页面显示限制仅仅显示了这几行，我们可以通过top -b -n 1查看系统的所有进程的快照。

3查看内核占用内存

命令：cat /proc/meminfo
3.png

注：initrd和初始化代码init在引导完成之后会被释放掉，所以最终的内核可管理内存(total)会比dmesg显示的available更多一点，相应的源代码可参见： free_initrd_mem() 和 free_initmem()。
优化可以主要从优化保留内存和优化used内存两个方面进行，具体的需要结合代码。
查看磁盘命令比较多，最常用的为: df -lh 命令

4 lsmod查看驱动占用内存

命令：lsmod
4.png

  • 功能：
    列出已加载的模块，以友好的方式显示/proc/modules的内容
  • 格式：
    第一列：Module表示模块的名称，如sysDebug
    第二列：Size表示模块大小，单位：byte
    第三列：Used 表示依赖的模块个数
    第四列：by表示依赖的模块内容
  • 示例：
    lsmod|grep -i ext3 //查看当前系统是否加载ext3驱动模块

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