linux的tmpfs和/dev/shm目录的详细介绍

最新推荐文章于 2024-09-21 15:37:49 发布

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分类专栏： linux

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本文探讨了/dev/shm目录在传感器数据管理和内存映射中的优势，重点讲解了tmpfs的工作原理、如何调整其大小、与ramfs的区别，以及在实际应用中的使用技巧。

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去年到现在一直在做的传感器数据管理框架中使用到了mmap实现多个进程间的数据共享，为了更快的实现传感器数据写入到mmap中，同时便于查看和调试写入的数据，我们没有使用传统的文件来进行mmap映射，而是使用了/dev/shm目录作为临时文件充当mmap的源，这样将/dev/shm/a.dat文件进行mmap映射，可以加快写入速度和共享效率。原因就是/dev/shm虽然可以看做一个文件目录，但是它都是放在内存中的，重启后会消失，所以作为临时存储，效率会非常高，并且里面只存储了最新的一帧数据，内存消耗量不大。最好用的是，你可以使用相关的软件直接打开它，查看它的内容。

当时很早就想深入了解一下/dev/shm的啥原理，但是因为事情比较多给忘记了，前几天看了个帖子发现介绍了/dev/shm,说的还不错，就搬过来了。

一、/dev/shm理论

默认的Linux发行版中的内核配置都会开启tmpfs，映射到了/dev/下的shm目录。可以通过df 命令查看结果.
/dev/shm/是linux下一个非常有用的目录，因为这个目录不在硬盘上，而是在内存里。因此在linux下，就不需要大费周折去建ramdisk，直接使用/dev/shm/就可达到很好的优化效果。默认系统就会加载/dev/shm ，它就是所谓的tmpfs，有人说跟ramdisk（虚拟磁盘），但不一样（后面给出区别）。象虚拟磁盘一样，tmpfs 可以使用您的 RAM，但它也可以使用您的交换分区来存储。而且传统的虚拟磁盘是个块设备，并需要一个 mkfs 之类的命令才能真正地使用它，tmpfs 是一个文件系统，而不是块设备；您只是安装它，它就可以使用了。

tmpfs有以下优势：

动态文件系统的大小，/dev /shm/需要注意的一个是容量问题，在linux下，它默认最大为内存的一半大小，使用df -h命令可以看到。但它并不会真正的占用这块内存，如果/dev/shm/下没有任何文件，它占用的内存实际上就是0字节；如果它最大为1G，里头放有 100M文件，那剩余的900M仍然可为其它应用程序所使用，但它所占用的100M内存，是绝不会被系统回收重新划分的
tmpfs 的另一个主要的好处是它闪电般的速度。因为典型的 tmpfs 文件系统会完全驻留在 RAM 中，读写几乎可以是瞬间的。
tmpfs 数据在重新启动之后不会保留，因为虚拟内存本质上就是易失的。所以有必要做一些脚本做诸如加载，绑定的操作。

二、修改/dev/shm大小

默认的最大一半内存大小在某些场合可能不够用，并且默认的inode数量很低一般都要调高些，这时可以用mount命令来管理它。

#mount -o size=1500M -o nr_inodes=1000000 -o noatime,nodiratime -o remount /dev/shm

在2G的机器上，将最大容量调到1.5G，并且inode数量调到1000000，这意味着大致可存入最多一百万个小文件。
如果需要永久修改/dev/shm的值，需要修改/etc/fstab

代码如下:

tmpfs /dev/shm tmpfs defaults,size=1.5G 0 0
mount -o remount /dev/shm

三、/dev/shm应用

　　首先在/dev/shm建个tmp文件夹，然后与实际/tmp绑定

代码如下:

#mkdir /dev/shm/tmp
　　#chmod 1777 /dev/shm/tmp
　　#mount –bind /dev/shm/tmp /tmp（–bind ）

在使用mount –bind olderdir newerdir命令来挂载一个目录到另一个目录后，newerdir的权限和所有者等所有信息会发生变化。挂载后的目录继承了被挂载目录的所有属性，除了名称。

三、tmpfs和ramfs的区别

ramfs和tmpfs是在内存上建立的文件系统（Filesystem）。其优点是读写速度很快，但存在掉电丢失的风险。如果一个进程的性能瓶颈是硬盘的读写，那么可以考虑在ramfs或tmpfs上进行大文件的读写操作。

ramfs和tmpfs之间的区别：

ramfs和tmpfs的区别
特性	tmpfs	ramfs
达到空间上限时继续写入	提示错误信息并终止	可以继续写尚未分配的空间
是否固定大小	是	否
是否使用swap	是	否
具有易失性	是	是

查看

通过下面的方法可以查看系统中的tmpfs和ramfs：

ok@linux:~$ df -h | grep -E "(tmpfs|ramfs)"
devtmpfs        1.9G   16K  1.9G   1% /dev
tmpfs           1.9G   27M  1.9G   2% /dev/shm
tmpfs           1.9G  4.3M  1.9G   1% /run
tmpfs           1.9G     0  1.9G   0% /sys/fs/cgroup
tmpfs           1.9G  4.3M  1.9G   1% /var/lock
tmpfs           1.9G  4.3M  1.9G   1% /var/run

我的系统（Ubuntu 20.04,）中，使用的都是tmpfs。我想原因可能是，当存在写溢出时，tmpfs比ramfs更加安全，因为前者会给出错误提示并禁止写操作。

创建

创建tmpfs：

ok@linux:~ # mkdir -p /mnt/tmp
ok@linux:~ # mount -t tmpfs -o size=20m tmpfs /mnt/tmp/
ok@linux:~ # df -h | grep "/mnt/tmp"
tmpfs            20M     0   20M   0% /mnt/tmp

创建ramfs：

ok@linux:~ # mkdir -p /mnt/ram
ok@linux:~ # mount -t ramfs -o size=20m ramfs /mnt/ram/
ok@linux:~ # df -ah | grep "/mnt/ram"
ramfs              0     0     0    - /mnt/ram

这里df只使用h选项是无法显示ramfs的内容的。tmpfs会对内存进行accounting（统计内存的使用情况），而ramfs被设计为尽可能的简单，所以不会进行accounting。因此，针对ramfs，在较新的内核中，使用df不会返回ramfs的信息。

ramfs是Linux下一种基于RAM做存储的文件系统。在使用过程中你就可以把ramfs理解为在普通的HDD上建立了一个文件系统，而现在HDD被替换成了RAM，因为是RAM做存储所以会有很高的存储效率。由于ramfs的实现就相当于把RAM作为最后一层的存储，所以在ramfs中不会使用swap。你什么时候听过会把HDD上的文件swap到哪里去吗？平常说的swap都是针对内存来说的，而ramfs底层的存储是RAM，虽然不是HDD，但是在Linux看来它就跟HDD一样。但是ramfs有一个很大的缺陷就是它会吃光系统所有的内存，即使你mount的时候指定了大小，同时它也只能被root用户访问。测试方法很简单：

sudo mount -t ramfs -o size=10M ramfs ./ramfs/

sudo dd if=/dev/zero of=./ramfs/test.file bs=1M count=20

测试时你会发现上面这个操作是能成功的，或者你再自己虚拟机上干脆做狠点，直接写一个比内存更大的文件，你会发现瞬间系统就卡主了。另外在dd命令如果不以root用户执行就会权限不够：

dd: opening `./ramfs/test.file': Permission denied

tmpfs也是Linux下的一个文件系统，它将所有的文件都保存在虚拟内存中，umount tmpfs后所有的数据也会丢失，tmpfs就是ramfs的衍生品。tmpfs使用了虚拟内存的机制，它会进行swap，但是它有一个相比ramfs的好处：mount时指定的size参数是起作用的，这样就能保证系统的安全，而不是像ramfs那样，一不留心因为写入数据太大吃光系统所有内存导致系统被hang住。在我文章最开始的那个例子中就是mount了一个10M大小的tmpfs，然后执行sql 命令(它需要创建的临时表大于10M)，因为tmpfs限制了大小，因此也就报错。那么tmpfs适用的场景有哪些呢？在官方文档上主要有如下几点：

kernel 内部需要用到它，而我们是无法看到的

glibc 2.2以上的版本，必须有一个tmpfs被mount在/dev/shm用做POSIX shared memory

还有很多包括现在还不知道的用途

总结来说ramfs与tmpfs有如下几点异同：