Linux内存回收与swap

最新推荐文章于 2025-03-24 22:27:32 发布

敲天

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分类专栏： Linux系统原理文章标签：内存 swap

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ketaobaobao/article/details/99983405

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本文详细介绍了Linux系统中的内存管理，包括虚拟地址空间分布、内存回收时机与手段，特别是重点讨论了直接内存回收和内核线程回收，以及如何通过swappiness参数调整内存回收策略。此外，还涉及NUMA架构的内存回收偏好和如何关闭NUMA，以及如何查看和管理swap分区。

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在Linux系统中，每个进程都独有一个虚拟地址空间（Virtual Address Space），由内核维护内存映射。为完成内存映射（虚拟内存地址映射到物理内存地址），内核为每一个进程维护一张页表。而页表存储在CPU的内存管理单元MMU中（即通过硬件完成了内存地址的查找）。

缺页异常

当进程访问的虚拟地址在页表中找不到时，就会产生缺页异常。此时会陷入内核空间完成物理内存分配、更新进程页表，然后恢复进程运行。

MMU以页为单位来管理内存，每个页通常为4KB大小，所以每一次内存映射需要关联4KB的整数倍的内存空间。

为了解决页表项过大问题，Linux提供多级页表（实际上是四级页表）和大页（HugePage）机制。

Linux虚拟地址空间分布

Linux的虚拟地址空间，大大增加了进程的寻址空间，32位系统的虚拟地址空间分布如图：

只读段：只读，不可写；包括代码段、常量
读/写段（或数据段）：保存全局变量、动态变量
堆：即平时说的动态内存，自下往上增长；堆内存由应用程序自己分配管理，依靠应用程序进行释放，但内核可将不常用数据换出到swap。大于128K的内存通过malloc()函数来分配（使用unmap()来释放），堆顶位置小于128K的内存通过brk()来分配（使用free()来释放）。
文件映射区域：动态库、共享内存等映射物理空间的内存，自上往下增长；一般为mmap()函数所分配的虚拟地址空间
栈：用于维护函数调用的上下文空间，一般为8M，ulimit -s查看
内核虚拟空间：内核管理，对用户代码不可见。内核空间与用户空间的边界由TASK_SIZE控制。

对于64为Linux，内核空间占据顶部128T的虚拟地址空间，用户空间占据底部128T的虚拟地址空间。中间部分是未定义的。

另一张Linux虚拟地址空间分布图：

Linux内存回收

通过Linux虚拟地址空间分布，我们可以看出，Linux内存回收主要针对堆和文件映射区域。

文件页：cache、buffer，通过内存映射的文件映射页
匿名页：堆内存
目录缓存和inode缓存

Linux内存回收时机

Linux提供2种内存回收时机：

直接内存回收
内核线程回收

直接内存回收

当发生内存分配，而此时的剩余空闲内存不足时，会执行立即内存回收。

内核线程回收

内核线程kswapd会定期扫描内存使用量，当剩余内存小于pages_free_low的值时，会进行内存回收，并确保可用内存高于pages_free_high。可通过修改/proc/sys/vm/min_free_kbytes文件的值来修改pages_free_min的值，另外两个值会自动计算得出。

NUMA架构中，每一个NUMA节点都会有一个kswapd线程。可通过numactl --hardware命令查看NUMA节点信息。

# cat /proc/sys/vm/min_free_kbytes
90112
# numactl --hardware
available: 2 nodes (0-1)
node 0 cpus: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
node 0 size: 32642 MB
node 0 free: 188 MB
node 1 cpus: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
node 1 size: 32768 MB
node 1 free: 68 MB
node distances:
node   0   1 
  0:  10  21 
  1:  21  10