這里的講到的 “內(nèi)存” 包括物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存，虛擬內(nèi)存（Virtual Memory）把計(jì)算機(jī)的內(nèi)存空間擴(kuò)展到硬盤，物理內(nèi)存（RAM）和硬盤的一部分空間（SWAP）組合在一起作為虛擬內(nèi)存為計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)連貫的虛擬內(nèi)存空間，好處是我們擁有的內(nèi)存 ”變多了“，可以運(yùn)行更多、更大的程序，壞處是把部分硬盤當(dāng)內(nèi)存用整體性能受到影響，硬盤讀寫速度要比內(nèi)存慢幾個(gè)數(shù)量級，并且 RAM 和 SWAP 之間的交換增加了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

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在操作系統(tǒng)里，虛擬內(nèi)存被分成頁，在 x86 系統(tǒng)上每個(gè)頁大小是 4KB。Linux 內(nèi)核讀寫虛擬內(nèi)存是以 “頁” 為單位操作的，把內(nèi)存轉(zhuǎn)移到硬盤交換空間（SWAP）和從交換空間讀取到內(nèi)存的時(shí)候都是按頁來讀寫的。內(nèi)存和 SWAP 的這種交換過程稱為頁面交換（Paging），值得注意的是 paging 和 swapping 是兩個(gè)完全不同的概念，國內(nèi)很多參考書把這兩個(gè)概念混為一談，swapping 也翻譯成交換，在操作系統(tǒng)里是指把某程序完全交換到硬盤以騰出內(nèi)存給新程序使用，和 paging 只交換程序的部分（頁面）是兩個(gè)不同的概念。純粹的 swapping 在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中已經(jīng)很難看到了，因?yàn)榘颜麄€(gè)程序交換到硬盤的辦法既耗時(shí)又費(fèi)力而且沒必要，現(xiàn)代操作系統(tǒng)基本都是 paging 或者 paging/swapping 混合，swapping 最初是在 Unix system V 上實(shí)現(xiàn)的。

虛擬內(nèi)存管理是 Linux 內(nèi)核里面最復(fù)雜的部分，要弄懂這部分內(nèi)容可能需要一整本書的講解。VPSee 在這里只介紹和性能監(jiān)測有關(guān)的兩個(gè)內(nèi)核進(jìn)程：kswapd 和 pdflush。

• kswapd daemon 用來檢查 pages_high 和 pages_low，如果可用內(nèi)存少于 pages_low，kswapd 就開始掃描并試圖釋放 32個(gè)頁面，并且重復(fù)掃描釋放的過程直到可用內(nèi)存大于 pages_high 為止。掃描的時(shí)候檢查3件事：1）如果頁面沒有修改，把頁放到可用內(nèi)存列表里；2）如果頁面被文件系統(tǒng)修改，把頁面內(nèi)容寫到磁盤上；3）如果頁面被修改了，但不是被文件系統(tǒng)修改的，把頁面寫到交換空間。
• pdflush daemon 用來同步文件相關(guān)的內(nèi)存頁面，把內(nèi)存頁面及時(shí)同步到硬盤上。比如打開一個(gè)文件，文件被導(dǎo)入到內(nèi)存里，對文件做了修改后并保存后，內(nèi)核并不馬上保存文件到硬盤，由 pdflush 決定什么時(shí)候把相應(yīng)頁面寫入硬盤，這由一個(gè)內(nèi)核參數(shù) vm.dirty_background_ratio 來控制，比如下面的參數(shù)顯示臟頁面（dirty pages）達(dá)到所有內(nèi)存頁面10％的時(shí)候開始寫入硬盤。

# /sbin/sysctl -n vm.dirty_background_ratio
10

vmstat

繼續(xù) vmstat 一些參數(shù)的介紹，上一篇 Linux 性能監(jiān)測：CPU 介紹了 vmstat 的部分參數(shù)，這里介紹另外一部分。以下數(shù)據(jù)來自 VPSee 的一個(gè) 256MB RAM，512MB SWAP 的 Xen VPS：

# vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  3 252696   2432    268   7148 3604 2368  3608  2372  288  288  0  0 21 78  1
 0  2 253484   2216    228   7104 5368 2976  5372  3036  930  519  0  0  0 100  0
 0  1 259252   2616    128   6148 19784 18712 19784 18712 3821 1853  0  1  3 95  1
 1  2 260008   2188    144   6824 11824 2584 12664  2584 1347 1174 14  0  0 86  0
 2  1 262140   2964    128   5852 24912 17304 24952 17304 4737 2341 86 10  0  0  4

• swpd，已使用的 SWAP 空間大小，KB 為單位；
• free，可用的物理內(nèi)存大小，KB 為單位；
• buff，物理內(nèi)存用來緩存讀寫操作的 buffer 大小，KB 為單位；
• cache，物理內(nèi)存用來緩存進(jìn)程地址空間的 cache 大小，KB 為單位；
• si，數(shù)據(jù)從 SWAP 讀取到 RAM（swap in）的大小，KB 為單位；
• so，數(shù)據(jù)從 RAM 寫到 SWAP（swap out）的大小，KB 為單位；
• bi，磁盤塊從文件系統(tǒng)或 SWAP 讀取到 RAM（blocks in）的大小，block 為單位；
• bo，磁盤塊從 RAM 寫到文件系統(tǒng)或 SWAP（blocks out）的大小，block 為單位；

上面是一個(gè)頻繁讀寫交換區(qū)的例子，可以觀察到以下幾點(diǎn)：

• 物理可用內(nèi)存 free 基本沒什么顯著變化，swapd 逐步增加，說明最小可用的內(nèi)存始終保持在 256MB X 10％ = 2.56MB 左右，當(dāng)臟頁達(dá)到10％的時(shí)候（vm.dirty_background_ratio ＝ 10）就開始大量使用 swap；
• buff 穩(wěn)步減少說明系統(tǒng)知道內(nèi)存不夠了，kwapd 正在從 buff 那里借用部分內(nèi)存；
• kswapd 持續(xù)把臟頁面寫到 swap 交換區(qū)（so），并且從 swapd 逐漸增加看出確實(shí)如此。根據(jù)上面講的 kswapd 掃描時(shí)檢查的三件事，如果頁面被修改了，但不是被文件系統(tǒng)修改的，把頁面寫到 swap，所以這里 swapd 持續(xù)增加。

原文：http://www.vpsee.com/2009/11/linux-system-performance-monitoring-memory/

系列導(dǎo)航：

1. Linux性能監(jiān)測：監(jiān)測目的與工具介紹
2. Linux性能監(jiān)測：CPU篇
3. Linux性能監(jiān)測：內(nèi)存篇
4. Linux性能監(jiān)測：磁盤IO篇
5. Linux性能監(jiān)測：網(wǎng)絡(luò)篇