篇一：深度分析Linux内核高端内存分析
Linux内核高端内存
1. Linux内核地址映射模型
x86 CPU采用了段页式地址映射模型。进程代码中的地址为逻辑地址，经过段页式地址映射后，才真正访问物理内存。
段页式机制如下图。
2.Linux内核地址空间划分
通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。
3.Linux内核高端内存的由来
当内核模块代码或线程访问内存时，代码中的内存地址都为逻辑地址，而对应到真正的物理内存地址，需要地址一对一的映射，如逻辑地址0xc0000003对应的物理地址为0x3，0xc0000004对应的物理地址为0x4，… …，逻辑地址与物理地址对应的关系为
0xffffffff，那么对应的物理内存范围就为0x0 ~ 0x40000000，即只能访问1G物理内存。若机器中安装8G物理内存，那么内核就只能访问前1G物理内存，后面7G物理内存将会无法访问，因为内核的地址空间已经全部映射到物理内存地址范围0x0 ~
0x40000000。即使安装了8G物理内存，那么物理地址为0x40000001的内存，内核该怎么去访问呢？代码中必须要有内存逻辑地址的，0xc0000000 ~ 0xffffffff的地址空间已经被用完了，所以无法访问物理地址0x40000000以后的内存。
显然不能将内核地址空间0xc0000000 ~ 0xfffffff全部用来简单的地址映射。因此x86架构中将内核地址空间划分三部分：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM。ZONE_HIGHMEM即为高端内存，这就是内存高端内存概念的由来。
在x86结构中，三种类型的区域如下：
ZONE_DMA 内存开始的16MB
ZONE_NORMAL 16MB~896MB
ZONE_HIGHMEM 896MB ~
结束
4.Linux内核高端内存的理解
前面我们解释了高端内存的由来。 Linux将内核地址空间划分为三部分ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM，高端内存HIGH_MEM地址空间范围为0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF（896MB～1024MB）。那么如内核是如何借助128MB高端内存地址空间是如何实现访问可以所有物理内存？
当内核想访问高于896MB物理地址内存时，从0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF地址空间范围内找一段相应大小空闲的逻辑地址空间，借用一会。借用这段逻辑地址空间，建立映射到想访问的那段物理内存（即填充内核PTE页面表），临时用一会，用完后归还。这样别人也可以借用这段地址空间访问其他物理内存，实现了使用有限的地址空间，访问所有所有物理内存。如下图。
例如内核想访问2G开始的一段大小为1MB的物理内存，即物理地址范围为0x80000000 ~ 0x800FFFFF。访问之前先找到一段1MB大小的空闲地址空间，假设找到的空闲地址空间为0xF8700000 ~ 0xF87FFFFF，用这1MB的逻辑地址空间映射到物理地址空间
0xF87FFFFF内核线性空间释放。这样其他进程或代码也可以使用0xF8700000 ~ 0xF87FFFFF这段地址访问其他物理内存。
从上面的描述，我们可以知道高端内存的最基本思想：借一段地址空间，建立临时地址映射，用完后释放，达到这段地址空间可以循环使用，访问所有物理内存。
看到这里，不禁有人会问：万一有内核进程或模块一直占用某段逻辑地址空间不释放，怎么办？若真的出现的这种情况，则内核的高端内存地址空间越来越紧张，若都被占用不释放，则没有建立映射到物理内存都无法访问了。
在香港尖沙咀有些写字楼，洗手间很少且有门锁的。客户要去洗手间的话，可以向前台拿钥匙，方便完后，把钥匙归还到前台。这样虽然只有一个洗手间，但可以满足所有客户去洗手间的需求。要是某个客户一直占用洗手间、钥匙不归还，那么其他客户都无法上洗手间了。Linux内核高端内存管理的思想类似。
5.Linux内核高端内存的划分
内核将高端内存划分为3部分：VMALLOC_START~VMALLOC_END、KMAP_BASE~FIXADDR_START和FIXADDR_START~4G。
对于高端内存，可以通过 alloc_page() 或者其它函数获得对应的 page，但是要想访问实际物理内存，还得把 page 转为线性地址才行（为什么？想想 MMU 是如何访问物理内存的），也就是说，我们需要为高端内存对应的 page 找一个线性空间，这个过程称为高端内存映射。
对应高端内存的3部分，高端内存映射有三种方式：
映射到”内核动态映射空间”（noncontiguous memory allocation）
这种方式很简单，因为通过 vmalloc() ，在”内核动态映射空间”申请内存的时候，就可能从高端内存获得页面（参看 vmalloc 的实现），因此说高端内存有可能映射到”内核动态映射空间”中。
持久内核映射（permanent kernel mapping）
如果是通过 alloc_page() 获得了高端内存对应的 page，如何给它找个线性空间？
内核专门为此留出一块线性空间，从 PKMAP_BASE 到 FIXADDR_START ，用于映射高端内存。在 2.6内核上，这个地址范围是 4G-8M 到 4G-4M 之间。这个空间起叫”内核永久映射空间”或者”永久内核映射空间”。这个空间和其它空间使用同样的页目录表，对于内核来说，就是 swapper_pg_dir，对普通进程来说，通过 CR3 寄存器指向。通常情况下，这个空间是 4M 大小，因此仅仅需要一个页表即可，内核通过来 pkmap_page_table 寻找这个页表。通过 kmap()，可以把一个 page 映射到这个空间来。由于这个空间是 4M 大小，最多能同时映射 1024 个 page。因此，对于不使用的的 page，及应该时从这个空间释放掉（也就是解除映射关系），通过 kunmap() ，可以把一个 page 对应的线性地址从这个空间释放出来。
临时映射（temporary kernel mapping）
内核在 FIXADDR_START 到 FIXADDR_TOP 之间保留了一些线性空间用于特殊需求。这个空间称为”固定映射空间”在这个空间中，有一部分用于高端内存的临时映射。
这块空间具有如下特点：
（1）每个 CPU 占用一块空间
（2）在每个 CPU 占用的那块空间中，又分为多个小空间，每个小空间大小是 1 个 page，每个小空间用于一个目的，这些目的定义在 kmap_types.h 中的 km_type 中。
篇二：linux系统如何查看内存使用情况
在Windows系统中查看内存的使用情况很简单，想必大家都已经耳熟能详了，那么在linux系统如何查看内存使用情况呢？下面和大家分享在Linux下查看内存使用情况的free命令：[root@scs-2 tmp]# free
total used free shared buffers cached
Mem: 3266180 3250004 16176 0 110652 2668236
-/+ buffers/cache: 471116 2795064
Swap: 2048276 80160 1968116
下面是对这些数值的解释：
total:总计物理内存的大小。
used:已使用多大。
free:可用有多少。
Shared:多个进程共享的内存总额。
Buffers/cached:磁盘缓存的大小。
第三行(-/+ buffers/cached):
used:已使用多大。
free:可用有多少。
第四行就不多解释了。
区别：第二行(mem)的used/free与第三行(-/+ buffers/cache) used/free的区别。 这两个的区别在于使用的角度来看，第一行是从OS的角度来看，因为对于OS，buffers/cached 都是属于被使用，所以他的可用内存是16176KB,已用内存是3250004KB,其中包括，内核（OS）使用+Application(X, oracle,etc)使用的+buffers+cached.
第三行所指的是从应用程序角度来看，对于应用程序来说，buffers/cached 是等于可用的，因为buffer/cached是为了提高文件读取的性能，当应用程序需在用到内存的时候，buffer/cached会很快地被回收。
所以从应用程序的角度来说，可用内存=系统free memory+buffers+cached。如上例：
2795064=16176+110652+2668236
接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。 当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换。
如何看额定值：
cat /proc/meminfo
[root@scs-2 tmp]# cat /proc/meminfo
MemTotal: 3266180 kB
MemFree: 17456 kB
Buffers: 111328 kB
Cached: 2664024 kB
SwapCached: 0 kB
Active: 467236 kB
Inactive: 2644928 kB
HighTotal: 0 kB
HighFree: 0 kB
LowTotal: 3266180 kB
LowFree: 17456 kB
SwapTotal: 2048276 kB
SwapFree: 1968116 kB
Dirty: 8 kB
Writeback: 0 kB
Mapped: 345360 kB
Slab: 112344 kB
Committed_AS: 535292 kB
PageTables: 2340 kB
VmallocTotal: 536870911 kB
VmallocUsed: 272696 kB
VmallocChunk: 536598175 kB
HugePages_Total: 0
HugePages_Free: 0
Hugepagesize: 2048 kB
用free -m查看的结果：
[root@scs-2 tmp]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 3189 3173 16 0 107 2605
-/+ buffers/cache: 460 2729
Swap: 2000 78 1921
查看/proc/kcore文件的大小（内存镜像）：
[root@scs-2 tmp]# ll -h /proc/kcore
-r——– 1 root root 4.1G Jun 12 12:04 /proc/kcore备注：
占用内存的测量
测量一个进程占用了多少内存，linux为我们提供了一个很方便的方法，/proc目录为我们提供了所有的信息，实际上top等工具也通过这里来获取相应的信息。
/proc/meminfo 机器的内存使用信息
/proc/pid/maps pid为进程号，显示当前进程所占用的虚拟地址。/proc/pid/statm 进程所占用的内存
[root@localhost ~]# cat /proc/self/statm654 57 44 0 0 334 0
输出解释
CPU 以及CPU0。。。的每行的每个参数意思（以第一行为例）为：参数 解释 /proc//status
Size (pages) 任务虚拟地址空间的大小 VmSize/4
Resident(pages) 应用程序正在使用的物理内存的大小 VmRSS/4Shared(pages) 共享页数 0
Trs(pages) 程序所拥有的可执行虚拟内存的大小 VmExe/4Lrs(pages) 被映像到任务的虚拟内存空间的库的大小 VmLib/4Drs(pages) 程序数据段和用户态的栈的大小 （VmData+ VmStk ）4dt(pages) 04
查看机器可用内存
/proc/28248/>free
total used free shared buffers cached
Mem: 1023788 926400 97388 0 134668 503688
-/+ buffers/cache: 288044 735744
Swap: 1959920 89608 1870312
我们通过free命令查看机器空闲内存时，会发现free的值很小。这主要是因为，在linux中有这么一种思想，内存不用白不用，因此它尽可能的cache和buffer一些数据，以方便下次使用。但实际上这些内存也是可以立刻拿来使用的。
所以 空闲内存=free+buffers+cached=total-used
篇三：Linux中内存buffer和cache的区别
Linux中内存buffer和cache的区别
细心的朋友会注意到,当你在linux下频繁存取文件后,物理内存会很快被用光,当程序结束后,内存不会被正常释放,而是一直作为caching.这个问题,貌似有不少人在问,不过都没有看到有什么很好解决的办法.那么我来谈谈这个问题.
先来说说free命令
[root@server ~]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 249 16386 010 94 -/+ buffers/cache:58 191
Swap: 511 0 511
其中:
total 内存总数
used 已经使用的内存数
free 空闲的内存数
shared 多个进程共享的内存总额
buffers Buffer Cache和cached Page Cache 磁盘缓存的大小
-buffers/cache 的内存数:used - buffers - cached
+buffers/cache 的内存数:free + buffers + cached
可用的memory=free +buffers+cached
有了这个基础后,可以得知,我现在used为163MB,free为86,buffer和cached分别为10,94 那么我们来看看,如果我执行复制文件,内存会发生什么变化.
[root@server ~]# cp -r /etc ~/test/
[root@server ~]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 249 244 4 0 8 174 -/+ buffers/cache:62 187
Swap: 511 0 511
在我命令执行结束后,used为244MB,free为4MB,buffers为8MB,cached为174MB,天呐都被cached吃掉了.别紧张,这是为了提高文件读取效率的做法.
为了提高磁盘存取效率, Linux做了一些精心的设计, 除了对dentry进行缓存(用于VFS,加速文件路径名到inode的转换), 还采取了两种主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache。前者针对磁盘块的读写，后者针对文件inode的读写。这些Cache有效缩短了 I/O系统调用(比如read,write,getdents)的时间。" 那么有人说过段时间,linux会自动释放掉所用的内存,我们使用free再来试试,看看是否有释放>?
[root@server test]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 249 244 5 0 8174 -/+ buffers/cache:61 188
Swap: 511 0 511
MS没有任何变化,那么我能否手动释放掉这些内存呢???回答是可以的!
/proc是一个虚拟文件系统,我们可以通过对它的读写操作做为与kernel实体间进行通信的一种手段.也就是
说可以通过修改/proc中的文件,来对当前kernel的行为做出调整.那么我们可以通过调整/proc/sys/vm/drop_caches来释放内存.操作如下:
[root@server test]# cat /proc/sys/vm/drop_caches
首先,/proc/sys/vm/drop_caches的值,默认为0
[root@server test]# sync
手动执行sync命令(描述:sync 命令运行 sync 子例程。如果必须停止系统，则运行 sync 命令以确保文件系统的完整性。sync 命令将所有未写的系统缓冲区写到磁盘中，包含已修改的 i-node、已延迟的块 I/O 和读写映射文件)
[root@server test]# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
[root@server test]# cat /proc/sys/vm/drop_caches
3
将/proc/sys/vm/drop_caches值设为3
[root@server test]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 24966 182 0 0 11
-/+ buffers/cache:55 194
Swap: 511 0 511
再来运行free命令,发现现在的used为66MB,free为182MB,buffers为0MB,cached为11MB.那么有效的释放了buffer和cache.
有关/proc/sys/vm/drop_caches的用法在下面进行了说明
/proc/sys/vm/drop_caches (since Linux 2.6.16)
Writing to this file causes the kernel to drop clean caches,
dentries and inodes from memory, causing that memory to become
free.
To free pagecache, use echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches; to
free dentries and inodes, use echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches;
tofreepagecache,dentries and inodes, use echo 3 >
/proc/sys/vm/drop_caches.
Because this is a non-destructive operation and dirty objects
are not freeable, the user should run sync(8) first.
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buffer 与cache 的区别
A buffer is something that has yet to be "written" to disk. A cache is something that has been "read" from the disk and stored for later use.
更详细的解释参考：Difference Between Buffer and Cache
对于共享内存（Shared memory），主要用于在UNIX 环境下不同进程之间共享数据，是进程间通信的一种方法，一般的应用程序不会申请使用共享内存，笔者也没有去验证共享内存对上面等式的影响。如果你有兴趣，请参考：What is Shared Memory?
cache 和 buffer的区别：
Cache：高速缓存，是位于CPU与主内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。由于CPU的速度远高于主内存，CPU直接从内存中存取数据要等待一定时间周期，Cache中保存着CPU刚用过或循环使用的一部分数据，当CPU再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用,这样就减少了CPU的等待时间,提高了
系统的效率。Cache又分为一级Cache(L1 Cache)和二级Cache(L2 Cache)，L1 Cache集成在CPU内部，L2 Cache早期一般是焊在主板上,现在也都集成在CPU内部，常见的容量有256KB或512KB L2 Cache。
Buffer：缓冲区，一个用于存储速度不同步的设备或优先级不同的设备之间传输数据的区域。通过缓冲区，可以使进程之间的相互等待变少，从而使从速度慢的设备读入数据时，速度快的设备的操作进程不发生间断。
Free中的buffer和cache：（它们都是占用内存）：
buffer : 作为buffer cache的内存，是块设备的读写缓冲区
cache: 作为page cache的内存, 文件系统的cache
如果 cache 的值很大，说明cache住的文件数很多。如果频繁访问到的文件都能被cache住，那么磁盘的读IO bi会非常小。
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cache是高速缓存，用于CPU和内存之间的缓冲；
buffer是I/O缓存，用于内存和硬盘的缓冲
cache最初用于cpu cache, 主要原因是cpu 与memory, 由于cpu快,memory跟不上,且有些值使用次数多,所以放入
cache中，主要目的是，重复使用, 并且一级\二级物理cache速度快，
buffer 主要用于disk 与 memory， 主要是保护硬盘或减少网络传输的次数（内存数据表现dataSet）．当然也可以提高速度（不会立即写入硬盘或直接从硬盘中读出的数据马上显示），重复使用，最初最主要的目的是保护disk,
asp.net的cache有outputcahe与数据cache, 主要目的是 重复使用，提高速度，outputcache主要存储Reader后的页，一般是多次使用同一个HTML，建议不要varybyparam，不要存多version,
数据cache,如dataSet, dataTable, 等
@page buffer="true", 使用buffer，让buffer满后再显示读出或写入，(c中文件输出也是如此,主要目的是保护硬盘), 也可以提高下次的访问速度.在client browse端表现是: true是一次性显示,要么不显示, 中间等, false是一次显示一些,
这在网络输出也是如此表现.
对于文件访问c中默认采用的是buffer = true, 这与asp.net一样,
相当于Response.write();中当buffer满后输出,以减少网络的传输次数
<%@ OutputCache Duration="60" VaryByParam="none"%>, 是将asp.net生成的HTML缓存起来，在指定的时间内不需要重新生成html， control.ascx.也有组件缓存(htmlCach)。 dataSet也是如此。DataCache,
cache和buffer都是缓冲区，在翻译上，cache翻译成高速缓冲区要好一点(因为主要是为下次访问加速)， buffer翻译成缓冲区好点。都是缓冲的作用，可目的有点不同，主要是理解，不需要太咬文嚼字.
cache 和 buffer的区别
1, Buffer是缓冲区
2, Cache 是高速缓存，分library cache; data dictionary cache; database buffer cache
Buffer cache 缓冲区高速缓存，用于缓存从硬盘上读取的数据，减少磁盘I/O.
3, buffer有共享SQL区和PL/SQL区 , 数据库缓冲区高速缓存有独立的subcache
4, pool是共享池用于存储最近执行的语句等
5, cache:
A cache is a smaller, higher-speed component that is used to speed up the
access to commonly used data stored in a lower-speed, higher-capacity
component.
database buffer cache:
The database buffer cache is the portion of the SGA that holds copies of data
blocks
read from data files. All user processes concurrently (同时地,兼任地)connected
to the instance share access to the database buffer cache.
buffer cache就是以block为单位读入写出的。
缓存（cache）是把读取过的数据保存起来，重新读取时若命中（找到需要的数据）就不要去读硬盘了，若没有命中就读硬盘。其中的数据会根据读取频率进行组织，把最频繁读取的内容放在最容易找到的位置，把不再读的内容不断往后排，直至从中删除。
缓冲（buffers）是根据磁盘的读写设计的，把分散的写操作集中进行，减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道，从而提高系统性能。linux有一个守护进程定期清空缓冲内容（即写如磁盘），也可以通过sync命令手动清空缓冲。举个例子吧：
我这里有一个ext2的U盘，我往里面cp一个3M的MP3，但U盘的灯没有跳动，过了一会儿（或者手动输入sync）U盘的灯
就跳动起来了。卸载设备时会清空缓冲，所以有些时候卸载一个设备时要等上几秒钟。
修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右边的数字可以在下次开机时调节swap使用策
略。该数字范围是0～100，数字越大越倾向于使用swap。默认为60，可以改一下试试。
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两者都是RAM中的数据。简单来说，buffer是即将要被写入磁盘的，而cache是被从磁盘中
读出来的。
buffer是由各种进程分配的，被用在如输入队列等方面，一个简单的例子如某个进程要求
有多个字段读入，在所有字段被读入完整之前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存
。
cache经常被用在磁盘的I/O请求上，如果有多个进程都要访问某个文件，于是该文件便被
做成cache以方便下次被访问，这样可提供系统性能。
A buffer is something that has yet to be "written" to disk. A cache is
something that has been "read" from the disk and stored for later use.
更详细的解释参考：Difference Between Buffer and Cache
对于共享内存（Shared memory），主要用于在UNIX 环境下不同进程之间共享数据，
是进程间通信的一种方法，一般的应用程序不会申请使用共享内存，笔者也没有去验证共
享内存对上面等式的影响。如果你有兴趣，请参考：What is Shared Memory?
cache 和 buffer的区别：
Cache：高速缓存，是位于CPU与主内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。由于
CPU的速度远高于主内存，CPU直接从内存中存取数据要等待一定时间周期， Cache中保存
着CPU刚用过或循环使用的一部分数据，当CPU再次使用该部分数据时可从Cache中直接调
用,这样就减少了CPU的等待时间,提高了系统的效率。Cache又分为一级Cache(L1 Cache)
和二级Cache(L2 Cache)，L1 Cache集成在CPU内部，L2 Cache早期一般是焊在主板上,现
在也都集成在CPU内部，常见的容量有256KB或512KB L2 Cache。
Buffer：缓冲区，一个用于存储速度不同步的设备或优先级不同的设备之间传输数据
的区域。通过缓冲区，可以使进程之间的相互等待变少，从而使从速度慢的设备读入数据
时，速度快的设备的操作进程不发生间断。
Free中的buffer和cache：（它们都是占用内存）：
buffer : 作为buffer cache的内存，是块设备的读写缓冲区
cache: 作为page cache的内存, 文件系统的cache
如果 cache 的值很大，说明cache住的文件数很多。如果频繁访问到的文件都能被
cache住，那么磁盘的读IO bi会非常小。
===========================================
# sync
# echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
cache释放：
To free pagecache:
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
To free dentries and inodes:
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
To free pagecache, dentries and inodes:
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
说明，释放前最好sync一下，防止丢数据。
因为LINUX的内核机制，一般情况下不需要特意去释放已经使用的cache。这些cache起来的内容可以增加文件以及的读写速度。
Linux下如何查内存信息，如内存总量、已使用量、可使用量。
经常使用Windows操作系统的朋友，已经习惯了如果空闲的内存较多，心里比较踏实。
当使用Linux时，可能觉的Linux物理内存很快被用光（如频繁存取文件后），当程序结束后内存没有被释放。空闲内存少的可怜，心里总不踏实。
Linux操作系统的内存管理方式与Windows不同，Linxu会尽量多的利用内存，让尽可能多的内存参与工作(做cache)以提高性能。
所以你看到的空闲内存总是很小，当你的程序需要更多内存时，Linxu系统会把做cache的内存还给你，让你来运行你的程序。
图1
free -m ：查看内存情况，单位为MB。
total 内存总数
used 已经使用的内存数（我的程序使用内存数量+系统缓存使用的内数量）
free 空闲的物理内存数（是真正的空闲，未被任何程序占用）
shared 多个进程共享的内存总额
buffers 磁盘缓存（Buffer Cache）的大小（可提高系统I/O调用的性能）
cached 磁盘缓存（Page Cache）的大小（可提高系统I/O调用的性能）
-buffers/cache 表示已被我们的程序使用的内存数，计算方法：used - buffers - cached
+buffers/cache 表示还可已被我使用的内存数，计算方法：free + buffers + cached
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