Linux 虚拟内存交换空间

从查看内存开始

通过proc查看

#cat /proc/meminfo
MemTotal:         220976 kB
MemFree:          206188 kB
MemAvailable:     205556 kB
Buffers:             204 kB
Cached:             1412 kB
SwapCached:            0 kB
Active:             2232 kB
Inactive:            148 kB
Active(anon):        760 kB
Inactive(anon):        4 kB
Active(file):       1472 kB
Inactive(file):      144 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
HighTotal:             0 kB
HighFree:              0 kB
LowTotal:         220976 kB
...

通过 free 查看

#free -mtotal         used         free       shared      buffers
Mem:           215           14          201            0            0
-/+ buffers:                 14          201
Swap:            0            0            0

重点关注的项目：
free:空余的物理内存的空间
available:用户应用程序可以使用的物理空间
（通常为 buff/cache + free，不过这个是由偏差的）
page cache:文件系统的缓冲
buffer chche：磁盘等块设备的缓冲

问题

为什么需要虚拟内存

如果不使用虚拟内存，当物理内存不够时，程序就无法跑起来

虚拟内存，给用户提供了那些基本机制

给每个进程提供了4Gb的内存空间

既然每个进程都有4G的内存空间，为什么会出现物理内存不足，需要拓展内存

当malloc需要的内存超过，物理空闲内存和交换空间的大小时，是无法分配内存的。4G只是最大大小，很多嵌入式系统，是根本无法分配如此大的空间的。并且，当所有的物理内存都被虚拟内存映射使用时，继续使用就需要将物理内存的数据写回到文件系统中，或者放到交换分区，这样会十分的浪费时间，系统使用将会非常卡顿。

既然由虚拟内存机制，为什么还需要交换分区，什么时候将会使用交换分区

并不是所有从物理内存中交换出来的数据都会被放到Swap中（如果这样的话，Swap就会不堪重负），有相当一部分数据被直接交换到文件系统。例如，有的程序会打开一些文件，对文件进行读写，当需要将这些程序的内存空间交换出去时，就没有必要将文件部分的数据放到Swap空间中了，而可以直接将其放到文件里去。如果是读文件操作，那么内存数据被直接释放，不需要交换出来，因为下次需要时，可直接从文件系统恢复；如果是写文件，只需要将变化的数据保存到文件中，以便恢复。但是那些用malloc和new函数生成的对象的数据则不同，它们需要Swap空间，因为它们在文件系统中没有相应的“储备”文件，因此被称作“匿名”(Anonymous)内存数据。这类数据还包括堆栈中的一些状态和变量数据等。所以说，Swap空间是“匿名”数据的交换空间。
交换分区是为了缓解内存不足，没有交换分区，系统也是可以正常运行的。

虚拟内存和缓存

缓存和虚拟内存，没啥关系，无论有没有虚拟内存，都需要缓存

因为代码段，数据段都需要拷贝到，内存中，cpu才可以执行。
因为cpu 和磁盘之间的处理速度相差太大，使用缓冲可以缓解压力，提高系统效率。
没有虚拟内存，就缓存在物理内存上，有虚拟内存，就从物理内存再次映射到虚拟内存上。如果系统访问的虚拟内存内容，还没有加载到物理内存中，就会触发缺页异常。需要注意的使bufferd 和 cached。他们的使用如图片所示：

什么的缺页异常

指定访问的虚拟page，不在物理内存中，就会触发缺页异常：
page fault的种类：
segment fault : 进程访问的地址不在虚拟空间里属于越界访问。
hard page fault: 访问的内存不在物理内存中，需要从存储设备加载进内存中。
minor page fault: 访问的内存不在虚拟内存中，需要重新建立映射关系。

如何手动消除缓冲

缓冲占用的内存过大时，可以通过
sync
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches

虚拟内存有什么好处

1.既然每个进程的内存空间都是一致而且固定的，所以链接器在链接可执行文件时，可以设定内存地址，而不用去管这些数据最终实际的内存地址，这是有独立内存空间的好处
2.共享内存，使用虚拟内存机制，共享内存将会极为方便，两个进程的虚拟地址空间，都只向通过一块物理内存就可以实现，内存共享。
3.内存保护，通过虚拟内存机制可以，使每个进程都有独立的内存空间，不受干扰。

vmalloc kmalloc malloc

这几个的区别，可以参考下面的文章。
关键点，vmalloc kmalloc是内核空间的，malloc是用户空间的。
https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/8251333.html