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1、实验8 Linux的内存管理,一、实验目的 二、实验工具与设备 三、实验预备知识 四、实验内容和步骤 五、实验总结,一、实验目的,1理解虚拟内存、磁盘缓存的概念。 2掌握基本的内存管理知识。 3掌握查看实时查看内存、内存回收的方法。,二、实验工具与设备,装有Linux系统的计算机。,三、实验预备知识,Linux的内存管理相当完善，一般不需要用户特别干预。 进程是运行于虚拟地址空间的程序。可以说，任何在Linux系统下运行的程序都是进程。大多数的进程都需要虚拟内存。 对于典型的Linux应用系统，128MB内存是合理的选择。如果不运行X Windows系统，在一台特殊用途的计算机（如用于调试设备
2、驱动程序的“崩溃和烧毁”系统）上，仅用8MB内存即可工作。,1实时监控内存使用情况 （1）在命令行用“free”命令监控内存使用情况 在提示符后输入命令free：free 表8-1所示为输出情况。,表8-1 一个256MB的RAM和512MB交换空间的系统情况,表8-1中第二行输出（Mem:）显示物理内存：total列显示共有的可用内存（不显示核心使用的物理内存，通常大约1MB），used列显示被使用的内存总额，free列显示全部空闲的内存，shared列显示多个进程共享的内存总额，buffers列显示磁盘缓存的当前大小。 表8-1中第二行输出（Swap）显示交换空间的信息，与上一行类似。如果
3、该行为全0，则没有使用交换空间。,缺省状态下，free命令以千字节（即1024字节为单位）显示内存使用情况。若使用-h参数，则以字节为单位显示内存使用情况；若使用-m参数，则以兆字节为单位显示内存使用情况。 若命令带-s参数，则不间断地监视内存使用情况：free -b -s5。 该命令在终端窗口中连续不断地报告内存的使用情况，每5秒钟更新一次。,（2）用vmstat命令监视虚拟内存使用情况 在提示符后面输入命令vmstat，显示表8-2所示信息。,表8-2 输入命令vmstat显示的信息,vmstat命令是一个通用监控程序，是Virtual Memory Statistics（虚拟内存统计）的
4、缩写。如果vmstat命令没有带任何命令行参数，将得到一次性的报告。 vmstat命令报告主要的活动类型有进程（procs）、内存（以千字节为单位）、交换分区（以千字节为单位）、来自块设备（硬盘驱动器）的输入输出量、系统中断（每秒钟发生的次数），以及中央处理单元（CPU）分配给用户、系统和空闲时分别占用的比例。,2虚拟内存实现的机制 由于人们需要的内存容量远远大于物理内存容量，因而有各种策略来解决这个问题，其中最成功的是虚拟内存技术。 Linux支持虚拟内存，即用磁盘作为RAM的扩展，相当于扩大了可用内存。运行于Linux的程序只看到大量的可用内存，而不关心哪些在磁盘上。读写硬盘比读写内存慢（
5、大约为读写内存速度的千分之一），因而程序运行较慢。用于虚拟内存的硬盘空间称为交换空间。,Linux虚拟内存的实现需要6种机制的支持：地址映射机制、内存分配回收机制、缓存和刷新机制、请求页机制、交换机制和内存共享机制。,内存管理程序通过映射机制把用户程序的逻辑地址映射到物理地址。当用户程序运行时，如果发现程序需要的虚地址没有对应的物理内存，即发出请求页要求。如果有空闲的内存可供分配，就请求分配内存（用到内存的分配和回收），并把正在使用的物理页记录在缓存中（用到缓存机制）。如果没有足够的内存可供分配，则调用交换机制，腾出一部分内存。另外，在地址映射中要通过TLB（翻译后援存储器）寻找物理页；交换机
6、制中用到交换缓存，并且把物理页内容交换到交换文件中，也要修改页表来映射文件地址。Linux虚拟内存实现原理如图8-1所示。,图8-1 Linux虚拟内存实现原理,一般建议虚拟内存容量应当按物理内存的两倍进行分配。如果物理内存有256MB或更多时，可以缩小虚拟内存。Linux将把大量的内存用于Cache，在资源紧张时收回。只要看到swap为0，或该数很小即可放心，内存放着不用才是最大的浪费。,3内存泄漏和回收内存的方法 （1）内存泄漏的定义 通常所说的内存泄漏是指堆内存的泄漏。堆内存是指程序从堆中分配的、大小任意的（内存块的大小可以在程序运行期决定）、使用完后必须显示释放的内存。应用程序一般使用
7、malloc、realloc、new等函数从堆中分配到一块内存，使用完后，程序必须负责相应的调用free或delete释放该内存块。否则，这块内存不能被再次使用，这时就说这块内存泄漏了。,（2）内存泄漏的危害 从用户使用程序的角度来看，内存泄漏本身不会产生什么危害。作为一般的用户，根本感觉不到内存泄漏的存在。真正有危害的是内存泄漏的堆积，这会最终耗尽系统所有的内存。从这个角度来说，一次性内存泄漏没有什么危害，因为它不会堆积。隐式内存泄漏危害性则非常大，因为较之于常发性和偶发性内存泄漏，它更难被检测到。存在内存泄漏问题的程序除了会占用更多的内存外，还会使程序的性能急剧下降。对于服务器而言，如果出
8、现这种情况，即使系统不崩溃，也会严重影响使用。,（3）内存泄漏的检测和回收 编写指针比较多的复杂程序时，可能会遇到内存溢出之类的麻烦。在Linux或UNIX下，C和C+语言是最常使用的编程工具。但是，C+程序缺乏相应的手段来检测内存信息，只能用top指令观察进程的动态内存总额。而且程序退出时，无法获知任何内存泄漏信息。,4使用Linux命令回收内存 可以用ps、kill两个命令检测内存使用情况和进行回收。使用超级用户权限时，用命令“ps”可列出所有正在运行的程序名称和对应的进程号（PID）。kill命令的工作原理是向Linux操作系统的内核送出一个系统操作信号和程序的进程号（PID）。 以下例子说明如何用命令ps和参数v来高效率回收内存：,以下命令可以回收ping命令的内存： kill 9 2818,四、实验内容和步骤,1监控内存使用情况 用“free”命令监控内存使用情况： free free -b -s5 用vmstat命令监视虚拟内存使用情况： vmstat,2检查和回收内容 用命令ps列出所有正在运行的程序名称、对应的进程号（PID）等信息： ps v 用kill命令回收泄漏的内存： kill -9 ,五、实验总结,1写出实验报告。 2思考：什么是虚拟内存？ 3思考：如何查看内存的使用情况？ 4思考：回收内存的方法是什么？举例说明。,
