導(dǎo)入

メモリ管理は、最新のオペレーティングシステムの重要な側(cè)面であり、システムメモリの効率的な割り當(dāng)てとリリースを確保しています。強(qiáng)力で広く使用されているオペレーティングシステムとして、Linuxは洗練されたテクニックを使用してメモリを効率的に管理します。ページテーブル、スワップ、メモリの割り當(dāng)てなどの重要な概念を理解することは、システム管理者、開(kāi)発者、および下部にLinuxを使用している人にとって重要です。

この記事では、Linuxメモリ管理を詳細(xì)に説明し、ページテーブルの複雑さ、交換の役割、およびさまざまなメモリ割り當(dāng)てメカニズムについて説明します。読んだ後、読者はLinuxがどのようにメモリを処理するか、そしてより良いパフォーマンスのためにメモリを最適化する方法についての洞察を得ます。

Linuxページテーブルを理解します

仮想メモリとは何ですか？ほとんどの最新のオペレーティングシステムと同様に、Linuxは仮想メモリを?qū)g裝し、プロセスに巨大な連続メモリスペースの幻想を提供します。仮想メモリは、物理的に利用可能なメモリよりも、プロセスを分離し、プロセスを分離し、より多くのメモリにアクセスすることができます。仮想メモリのコアメカニズムはページテーブルです。ページテーブルは、仮想アドレスを物理メモリの位置にマップします。

ページテーブルの動(dòng)作方法ページテーブルは、Linuxカーネルが使用するデータ構(gòu)造であり、仮想アドレスを物理アドレスに変換します。メモリはページと呼ばれる固定サイズブロ??ック（通常は4kb）で管理されているため、各プロセスには、どの仮想ページがどの物理ページに対応するかを追跡するページテーブルが維持されます。

マルチレベルのページテーブル

最新のコンピューティング（たとえば、64ビットアーキテクチャなど）のアドレススペースが大きいため、単一レベルのページテーブルは非効率的で、メモリが多すぎます。したがって、Linuxは階層的なマルチレベルページテーブルメソッドを使用します。

1. 単一レベルのページテーブル（少量のメモリを備えた古い32ビットシステムで使用）
2. 2レベルのページテーブル（ページテーブルを小さなチャンクに壊すことで効率を向上させる）
3. レベル3ページテーブル（一部のアーキテクチャでのスケーラビリティを向上させるため）
4. レベル4ページテーブル（アドレスをより小さな部品に分割する最新の64ビットLinuxシステムの標(biāo)準(zhǔn)）

各レベルは、実際の物理アドレスを含む最後のエントリまで、ページテーブルの次の部分を見(jiàn)つけるのに役立ちます。

ページテーブルエントリ（PTE）とそのコンポーネント*ページテーブルエントリ（PTE）**には、次のような基本情報(bào)が含まれています。

• 物理ページフレーム番號(hào)。
• アクセス制御ビット（読み取り/書(shū)き込み/実行許可）。
• 少し存在します（ページがRAMに含まれているか、ディスクに交換されているかを示します）。
• ダーティ（ページが変更されたかどうかを示します）。
• 參照ビット（ページ順列アルゴリズムの場(chǎng)合）。

パフォーマンス注：バイパスバッファー（TLB）を変換すると、すべてのメモリアクセス、最新のCPUはバイパスバッファー（TLB）と呼ばれるハードウェアキャッシュを使用するのが遅いためです。 TLBは、最近の仮想から物理的なアドレス翻訳を保存し、必要なメモリアクセスの數(shù)を減らすことでパフォーマンスを大幅に改善します。

Linuxのスワップ：物理的な制限を超えてメモリを拡張します

交換とは何ですか？スワップは、メモリが不十分な場(chǎng)合にLinuxがRAMからディスク（スワップスペース）にまれに使用されるメモリページを動(dòng)かすメカニズムです。このプロセスにより、システムは利用可能な物理メモリを超えるワークロードを処理できます。

スワップの動(dòng)作方法Linuxは専用のスワップスペースを埋めます。

• スワップパーティション（スワップ専用の個(gè)別のディスクパーティション）。
• ファイル（スワップスペースとして使用されるファイルシステム上のファイル）。

プロセスが使用可能よりも多くのメモリを必要とする場(chǎng)合、カーネルはページ順列アルゴリズムを使用して、スワップアウトするページを決定します。

ページ順列アルゴリズムLinuxは、さまざまなアルゴリズムを使用して、どのページを交換するかを決定します。

• 最近使用されていない（LRU） ：最長(zhǎng)の未使用ページが最初に交換されます。
• 最近使用されていない（NRU） ：ページアクセスと変更ビットに基づいてページを分類します。
• クロックアルゴリズム：使用率を効果的に近似できるLRUの単純化バージョン。

Exchangeの使用を管理** SwappinessパラメーターLinux Exchangeページの積極性を制御します。この値の範(fàn)囲は0?100 **：

• 低い値（たとえば、10-20）：ページをできるだけ長(zhǎng)くRAMに保持します。
• 高い値（例：60-100）：より積極的にRAMを放出します。

swappinessを確認(rèn)して調(diào)整するには：

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

交換の使用を監(jiān)視するには：

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

スイッチングパフォーマンスの最適化- スワップストレージに高速SSDを使用して、パフォーマンスの劣化を減らします。

• スワップを最小限に抑えるのに十分なRAMがあることを確認(rèn)してください。
• ワークロード要件に従ってスワッピネスを調(diào)整します。

Linuxでのメモリ割り當(dāng)て

物理メモリと仮想メモリ割り當(dāng)てLinuxは、メモリを3つの領(lǐng)域に分割します。

• DMA（直接メモリアクセス） ：直接メモリアクセスが必要なハードウェア用に予約されています。
• 通常の領(lǐng)域：カーネルとユーザープロセスで利用可能なメモリ。
• ハイメモリ：物理メモリが直接アドレス指定可能な範(fàn)囲を超えると使用されます。

カーネルメモリ割り當(dāng)てメカニズム1。パートナーシステム：2つのブロックの電源でメモリを割り當(dāng)てて、斷片化を減らします。 2。スラブアロケーター：頻繁に割り當(dāng)てられ/リリースされる小さなオブジェクトを効果的に管理します。 3。SLOBおよびSLUBアロケーター：さまざまなワークロードに最適化された代替割り當(dāng)て戦略。

ユーザースペースメモリの割り當(dāng)て-Malloc（）：ユーザースペースにメモリを割り當(dāng)てます。

• brk（）＆sbrk（）：プロセスヒープのサイズを変更します。
• MMAP（）：カーネルから直接大きなメモリ領(lǐng)域を割り當(dāng)てます。

メモリ（OOM）の狀況からの取り扱いメモリが使い果たされると、Linux OOM KillerはRAMを解放するプロセスを選択して終了します。ログは以下で確認(rèn)できます。

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

実用的な洞察とベストプラクティス

メモリの使用量を監(jiān)視- リアルタイムの監(jiān)視には、上部とHTOPを使用します。

• 無(wú)料-Mを使用してメモリ統(tǒng)計(jì)を取得します。
• /proc /meminfoを使用して詳細(xì)情報(bào)を取得します。
• PMAPを使用して、特定のプロセスのメモリマップを取得します。

メモリパフォーマンスの最適化-スワッピネスを調(diào)整して、RAMとスワップの使用をバランスさせます。

• メモリcgroupsを使用して、プロセスのメモリ消費(fèi)を制限します。
• 大きなメモリ割り當(dāng)てには巨大なページを使用します。
• オーバースワップを防ぐために、アプリケーションメモリフットプリントを最適化します。

結(jié)論は

Linuxメモリ管理の理解 - ページテーブル、スワップ、およびメモリの割り當(dāng)て - システム管理者と開(kāi)発者がパフォーマンスを効果的に最適化し、問(wèn)題をトラブルシューティングすることを可能にします。 Linuxは、メモリ処理を監(jiān)視、調(diào)整、強(qiáng)化するツールとテクノロジーを通じて、さまざまなワークロードの強(qiáng)力で柔軟なオペレーティングシステムのままです。

これらの概念を習(xí)得することにより、システムが効率的に実行され、メモリの制約の下でよく応答し、全體的なパフォーマンスと信頼性を向上させることができます。

以上がLinuxメモリ管理：ページテーブル、スワッピング、およびメモリの割り當(dāng)ての理解の詳細(xì)內(nèi)容です。詳細(xì)については、PHP 中國(guó)語(yǔ) Web サイトの他の関連記事を參照してください。