文件页和匿名页

1 匿名页(anonymous pages)

        匿名页,没有文件背景的页面(即没有与磁盘文件存在任何映射关系的内存页面),如stack,heap,数据段,共享内存

1.1 匿名页存储-swap

没有文件背景的页面,即匿名页(anonymous page),如堆,栈,数据段等,不是以文件形式存在,因此无法和磁盘文件交换,但可以通过硬盘上划分额外的swap交换分区使用交换文件进行交换。Swap分区可以将不活跃的页交换到硬盘中,缓解内存紧张。

1.2 匿名页存储-ZRAM

不用swap分区,也可以用zRAM机制来缓解内存紧张

从内存里拿出一段内存空间(compressed block),作为交换空间模拟硬盘的交换分区,用来交换匿名页,并且让kernel看到的物理内存大小不包括这段内存。而这段交换空间自带透明压缩功能,即交换到这块zRAM分区时,Linux会自动将这块匿名页压缩存放。系统访问这块页面的内容时,产生page fault后从交换分区去拿,这时Linux给你透明解压再交换出来。

使用zRAM的好处:

就是访问内存 比访问硬盘或flash的速度提高很多,且不用考虑寿命问题,并且由于这段内存是压缩后存储的,因此可以存更多的数据,虽然占用了一段内存,但实际可以存更多的数据,也达到了增加内存的效果。缺点就是压缩要占用CPU时间。

Android里面普遍使用了zRAM技术,由于zRAM牺牲了CPU时间,所以交换次数还是越少越好。像Android和windows,内存越大越好,因为发生交换的几率就小。这样两个进程相互切换(如微博和微信)时就会变得流畅,因为内存足够的话,后台进程无需被换进swap分区或被OOM杀掉。当然如果你只打打电话,就没必要大内存啦。

2 文件页(file-backed pages)

文件页,即与磁盘文件存在映射关系的内存页(有文件背景的页面),例如进程代码段、文件的映射页等 ,他们有对应的硬盘文件,

因此如果要交换,可以直接和硬盘对应的文件进行交换。内存紧张时,非dirty的文件页可以直接drop掉,所以这个也算作MemAvailable中。

2.1 文件页存储-page cache

当你通过任何一种方式从磁盘读文件时,内核都会给你申请一个page cache,来缓存硬盘上的内容。

这样的话,读过一遍的数据,本进程或其他进程下次再读的时候就直接从page cache里去拿,就很快了,提升系统的整体性能。因此用户的read/write实际上是跟page cache的相互拷贝。
而用户的mmap则会将一段虚拟地址(3G)以下映射到page cache上,这样的话,用户就可以通过读写这段虚拟地址来修改文件内容,省去了内核和用户之间的拷贝

2.2  脏页的写回

sync是用来回写脏页的,脏页不能在内存中呆的太久,因为如果突然断电没有写到硬盘的话脏数据就丢了,另一方面如果攒了很多一起写回也会明显占用CPU时间。

那么脏页时候写回呢?脏页回写的时机由时间空间两方面共同控制:

时间:

  • dirty_expire_centisecs: 脏页的到期时间,或理解为老化时间,单位是1/100s,内核中的flusher thread会检查驻留内存的时间超过dirty_expire_centisecs的脏页,超过的就回写。
  • dirty_writeback_centisecs:内核的flusher thread周期性被唤醒(wakeup_flusher_threads)的时间间隔,每次被唤醒都会去检查是否有脏页老化了。如果将这个值置为0,则flusher线程就完全不会被唤醒了。

空间:

  • dirty_ratio: 一个写磁盘的进程所产生的脏页到达这个比例时,这个进程自己就会去回写脏页。
  • dirty_background_ratio: 如果脏页的数量超过这个比例时,flusher线程就会启动脏页回写。

所以:

  1. 即使只有一个脏页,那如果它超时了,也会被写回。防止脏页在内存驻留太久。dirty_expire_centisecs这个值默认是3000,即30s,可以将其设置得短一些,这样掉电后丢失的数据会更少,但磁盘写操作也更密集。
  2. 不能有太多的脏页,否则会给磁盘IO造成很大压力, 例如在内存不够做内存回收时,还要先回写脏页,也会明显耗时。

需要注意的是,在达到dirty_background_ratio后,flusher线程(名为“[flush-devname]”)开始回写,但由于写磁盘速度慢,如果此时应用进程还在不停地写磁盘,flusher线程回写没那么快,那么就会导致进程的脏页达到dirty_ratio,这时这个进程就会去回写脏页而导致write被堵住。也就是说dirty_background_ratio通常是比dirty_ratio小的。

脏页都是指有文件背景的页面,匿名页不会存在脏页。从/proc/meminfo的’Dirty’一行可以看到当前系统的脏页有多少,用sync命令可以刷掉。

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