Linux系统内存管理与性能调优指南

一、Linux内存管理基础

1. 内存组成结构

• 物理内存：实际安装的RAM
• 交换空间(Swap)：磁盘上的虚拟内存
• 内核内存：保留给内核使用的内存
• 用户空间内存：应用程序可用的内存

2. 内存管理子系统

• Buddy系统：管理物理页帧分配
• Slab分配器：内核对象缓存
• 页面缓存(Page Cache)：磁盘文件的缓存
• 交换机制(Swapping)：内存不足时将页面换出

二、内存监控工具

1. 基础命令

free -h        # 查看内存和交换空间使用情况
vmstat 1       # 实时监控内存、交换、IO等
top/htop       # 交互式查看内存使用

2. 高级工具

# 查看详细内存信息
cat /proc/meminfo

# 进程级内存分析
pmap -x <pid>

# 内存泄漏检测工具
valgrind --tool=memcheck <program>

三、性能调优策略

1. 交换空间优化

• 调整swappiness：

  # 查看当前值(0-100，默认60)
  cat /proc/sys/vm/swappiness
  
  # 临时修改(推荐值10-30)
  sysctl vm.swappiness=30
  
  # 永久修改
  echo "vm.swappiness=30" >> /etc/sysctl.conf
  

• 交换分区优化：

  # 创建高性能交换文件
  fallocate -l 4G /swapfile
  chmod 600 /swapfile
  mkswap /swapfile
  swapon /swapfile
  

2. 页面缓存调优

# 调整脏页写回策略
sysctl vm.dirty_ratio=10
sysctl vm.dirty_background_ratio=5
sysctl vm.dirty_expire_centisecs=3000

3. OOM Killer配置

# 调整OOM Killer行为
echo -17 > /proc/<pid>/oom_adj    # 防止特定进程被杀死
sysctl vm.panic_on_oom=1          # 内存耗尽时panic而不是kill进程

4. 透明大页(THP)配置

# 查看THP状态
cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

# 禁用THP(某些工作负载下可能更好)
echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

四、高级内存管理技术

1. 内存压缩(zswap/zram)

# 启用zswap(需要内核支持)
modprobe zswap
echo 1 > /sys/module/zswap/parameters/enabled

2. 内存cgroup限制

# 创建内存cgroup
cgcreate -g memory:/mygroup

# 设置内存限制(1GB)
echo 1G > /sys/fs/cgroup/memory/mygroup/memory.limit_in_bytes

# 将进程加入cgroup
cgclassify -g memory:mygroup <pid>

五、常见问题排查

1. 内存泄漏检测

# 使用smem分析内存使用
smem -s pss -r -c "pid command pss rss"

# 使用valgrind检测应用内存泄漏
valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=all ./your_program

2. 高内存使用分析

# 查看哪些进程占用最多内存
ps aux --sort=-%mem | head

# 查看slab占用
slabtop

# 查看详细内存统计
cat /proc/meminfo | grep -E 'Mem|Buff|Cached|Swap'

六、最佳实践建议

1. 监控先行：建立基线监控，了解正常内存使用模式
2. 合理配置交换空间：通常为物理内存的1-2倍
3. 针对性调优：根据工作负载特性调整参数
4. 考虑NUMA架构：在多处理器系统上优化内存分配
5. 定期检查：使用内存分析工具定期检查异常

通过以上方法和工具，您可以有效地管理和优化Linux系统的内存使用，提高系统整体性能。