Gestion de la mémoire Linux: compréhension des tables de page, échange et allocation de mémoire

Introduction

La gestion de la mémoire est un aspect clé des systèmes d'exploitation modernes, assurant une allocation et une libération efficaces de la mémoire du système. En tant que système d'exploitation puissant et largement utilisé, Linux utilise des techniques sophistiquées pour gérer efficacement la mémoire. Comprendre les concepts clés tels que les tables de page, les swaps et l'allocation de mémoire est essentiel aux administrateurs système, aux développeurs et à toute personne utilisant Linux en bas.

Cet article traite de la gestion de la mémoire Linux en profondeur, explore la complexité des tables de pages, le rôle de l'échange et différents mécanismes d'allocation de mémoire. Après la lecture, les lecteurs auront un aperçu de la façon dont Linux gère la mémoire et de la façon d'optimiser la mémoire pour de meilleures performances.

Comprendre les tables de page Linux

Qu'est-ce que la mémoire virtuelle? Comme la plupart des systèmes d'exploitation modernes, Linux implémente la mémoire virtuelle, offrant au processus une illusion d'un énorme espace mémoire continu. La mémoire virtuelle est capable de transformer efficacement les processus et d'isoler les processus et d'accéder à plus de mémoire que la mémoire physiquement disponible. Le mécanisme central de la mémoire virtuelle est le tableau de page , qui mappe les adresses virtuelles aux emplacements de la mémoire physique.

Comment les tables de page TABLES TABLES PAGE sont les structures de données utilisées par le noyau Linux pour convertir les adresses virtuelles en adresses physiques. Étant donné que la mémoire est gérée dans des blocs de taille fixe appelés pages (généralement de 4KB de taille), chaque processus maintient un tableau de page qui suit les pages virtuelles correspond aux pages physiques.

Table de page à plusieurs niveaux

En raison du grand espace d'adressage dans l'informatique moderne (par exemple, une architecture 64 bits), les tables de page à un niveau sont inefficaces et consomment trop de mémoire. Par conséquent, Linux utilise une méthode de table de page à plusieurs niveaux hiérarchique:

1. Tableau de page à un niveau (utilisé dans les anciens systèmes 32 bits avec une petite quantité de mémoire)
2. Tableau de page à deux niveaux (améliorant l'efficacité en cassant les tables de page en morceaux plus petits)
3. Tableau de page de niveau 3 (pour une meilleure évolutivité dans certaines architectures)
4. Tableau de page de niveau 4 (standard dans les systèmes Linux 64 bits modernes qui divisent l'adresse en parties plus petites)

Chaque niveau aide à trouver la partie suivante du tableau de page jusqu'à la dernière entrée, qui contient l'adresse physique réelle.

Entrée de table de page (PTE) et ses composants * Entrée de table de page (PTE) ** Contient des informations de base, telles que:

• Numéro de trame de page physique .
• Bit de contrôle d'accès (Lire / écrire / exécuter l'autorisation).
• Un peu existe (indique si la page est en RAM ou a été échangée sur le disque).
• Sale (indique si la page a été modifiée).
• Bits de référence (pour l'algorithme de permutation de page).

Performance Remarque: Convertissant le tampon de dérivation (TLB) car il est lent de traverser les tables de page à plusieurs niveaux à chaque accès à la mémoire, les processeurs modernes utilisent des caches matérielles appelés tampon de dérivation converti (TLB) . TLB stocke les traductions récemment virtuelles à l'adresse physique, améliorant considérablement les performances en réduisant le nombre d'accès à la mémoire requis.

Échanger dans Linux: étendre la mémoire au-delà des limitations physiques

Qu'est-ce que l'échange? Le swap est un mécanisme dans lequel Linux déplace les pages de mémoire rarement utilisées de la RAM vers le disque (espace d'échange) lorsque la mémoire est insuffisante. Ce processus permet au système de gérer les charges de travail qui dépassent la mémoire physique disponible.

Comment Swap fonctionne Linux réserve l'espace d'échange dédié, qui peut être:

• Swap partition (une partition de disque distincte dédiée à l'échange).
• Swap Files (fichiers sur les systèmes de fichiers utilisés comme espace d'échange).

Lorsque le processus nécessite plus de mémoire que disponible, le noyau utilise l'algorithme de permutation de page pour décider quelles pages échanger.

L'algorithme de permutation de page Linux utilise différents algorithmes pour décider quelles pages échanger:

• Le moins récemment utilisé (LRU) : la page la plus longue inutilisée est d'abord échangée.
• Récemment non utilisé (NRU) : classer les pages en fonction des bits d'accès et de modification des pages.
• Algorithme d'horloge : une version simplifiée de LRU qui peut efficacement se rapprocher de l'utilisation.

Gérer l'utilisation d'échange ** Le paramètre Swappiness contrôle la positivité des pages d'échange Linux. Cette valeur varie de 0 à 100 **:

• Valeur faible (par exemple, 10-20): Gardez la page en RAM le plus longtemps possible.
• Valeurs élevées (par exemple, 60-100): échange plus agressive pour libérer la RAM.

Pour vérifier et ajuster le swappacité:

 <code>cat /proc/sys/vm/swappiness sudo sysctl vm.swappiness=30</code>

Pour surveiller l'utilisation des échanges:

 <code>free -m vmstat 2 swapon -s</code>

Optimiser les performances de commutation - Utilisez des SSD rapides pour le stockage du swap pour réduire la dégradation des performances.

• Assurez-vous qu'il y a suffisamment de RAM pour minimiser les échanges.
• Ajustez le swappacité en fonction des exigences de charge de travail.

Attribution de la mémoire dans Linux

Mémoire physique et allocation de mémoire virtuelle Linux divise la mémoire en trois domaines:

• DMA (Accès direct à la mémoire) : réservé pour le matériel qui nécessite un accès à la mémoire directe.
• Zone normale : mémoire disponible pour le noyau et les processus utilisateur.
• Mémoire élevée : utilisée lorsque la mémoire physique dépasse la plage d'adressage directe.

Mécanisme d'allocation de mémoire du noyau 1. Système partenaire : allouer la mémoire en puissance de 2 blocs pour réduire la fragmentation. 2. Allocator de la dalle : gérer efficacement les petits objets qui sont fréquemment alloués / libérés. 3. Allocateurs SLOB et SLUB : stratégies d'allocation alternatives optimisées pour différentes charges de travail.

Attribution de la mémoire d'espace utilisateur - Malloc (): allouer la mémoire dans l'espace utilisateur.

• brk () & sbrk (): redimensionner le tas de processus.
• mmap (): allouer de grandes zones de mémoire directement à partir du noyau.

Gestion de la situation hors mémoire (OOM) Lorsque la mémoire est épuisée, Linux Oom Killer sélectionne et termine le processus pour libérer la RAM. Les journaux peuvent être vérifiés par:

 <code>dmesg | grep -i 'oom'</code>

Idées pratiques et meilleures pratiques

Utilisation de la mémoire du moniteur - Utilisez le haut et le HTOP pour une surveillance en temps réel.

• Utilisez Free -M pour obtenir des statistiques de mémoire.
• Utilisez / proc / meminfo pour obtenir des informations détaillées.
• Utilisez PMAP pour obtenir la carte mémoire pour un processus spécifique.

Optimiser les performances de la mémoire - réglez le swappiness pour équilibrer la RAM et échanger l'utilisation.

• Utilisez des groupes de mémoire pour limiter la consommation de mémoire des processus.
• Utilisez d'énormes pages pour une grande allocation de mémoire.
• Optimiser l'empreinte de la mémoire de l'application pour empêcher le surempeteur.

en conclusion

Comprendre la gestion de la mémoire Linux - tables de page, swaps et allocation de mémoire - consiste les administrateurs système et les développeurs pour optimiser efficacement les performances et le dépannage des problèmes. Grâce aux outils et aux technologies pour surveiller, régler et améliorer le traitement de la mémoire, Linux reste un système d'exploitation puissant et flexible pour une variété de charges de travail.

En maîtrisant ces concepts, vous pouvez vous assurer que votre système fonctionne efficacement et répond bien sous les contraintes de mémoire, améliorant les performances globales et la fiabilité.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!