虚拟内存是什么？有什么用？

大家好，我是良许。

熟悉计算机的小伙伴都知道，我们常说的主机三大件分别是主板，CPU，内存，可见内存在计算机主机中的角色也非同一般，喜欢 DIY 主机的小伙伴对这三大件的了解更是精益求精。

编写过程序的小伙伴对于程序的执行过程，也是耳熟能详了，先从硬盘加载到内存，然后 CPU 与内存进行数据交换与处理，完成相应的操作(真实执行细节相当复杂)，从而实现相应的功能。

但是内存的容量非常有限，由于内存的造价较高(目前常用的内存为双倍速 SDRAM )，计算机用户升级内存容量也是一笔不小的开支。

那么良许就和大家来讨论下计算机的内存如果不够用了, 虚拟内存技术的应用，虚拟内存的出现，让机器内存不够的情况得到部分解决，大家需要注意的是有些资料也将虚拟内存称之为交换内存。

1. 讨论虚拟内存前的热身

我们需要知道的是计算机对内存分为物理内存与虚拟内存(注意虚拟内存和虚拟地址空间的区别)。物理内存就是计算机的实际内存大小，由 RAM 芯片组成的。虚拟内存则是虚拟出来的、使用磁盘代替内存。

2. 虚拟内存的工作原理

正如前面所描述的，当系统的物理内存不够用的时候，就需要将物理内存中的一部分空间释放出来，以供当前运行的程序使用。

那些被释放的空间可能来自一些很长时间没有什么操作的程序，这些被释放的空间被临时保存到交换空间中，等到那些程序要运行时，再从交换空间中恢复保存的数据到内存中。

3. Linux 虚拟内存的实现方式

Linux 系统实现虚拟内存有两种方法，分别是交换分区( swap 分区)和交换文件。

• 交换分区：交换分区其实就是新建一个分区，然后将该分区挂载作为交换空间，方法步骤与传统的新建分区一样。只不过格式化分区和挂载分区分别采用 mkswap 和 swapon 命令。
• 交换文件：硬盘驱动器中没有足够的空间来创建交换分区，我们就会手动创建一个交换文件以将 RAM 的非活动内容交换到其中。

4. 理想的交换权重

Linux 允许我们自行设置交换的权重，也就是说我们可以设置交换过程发生的频率。小伙伴们可以根据需要在0到100之间设置交换的权重。值越小则代表会让内核尽量少用交换，值越大会使内核更多的去使用交换空间。

交换权重的默认值和建议值为60，有兴趣的小伙伴可以具体去学习 swappiness ，这个 Linux 内核参数,这里不做过多的描述了。

5. 使用虚拟内存的好处

• 它可以轻松地保存那些几乎不使用而又被占用的 RAM 块。然后可以将释放的 RAM 用于容纳更多具有更高优先级的程序。
• 防止 RAM 空间用完，无法执行其他程序的局面。
• 虚拟内存充当了 RAM 的备份，从而增大了 RAM 的实际空间。
• 在休眠过程中，RAM 的所有内容均写入交换空间。因此，成功进行休眠，虚拟内存是必需的。
• 它提高了系统的整体性能。(在内核参数 swappiness 设置合理的情况下)

6. 结论

在本文中，我们学习了交换内存以及它的许多好处，RAM 空间不足时，它将作为 RAM 的扩充进行使用，避免我们的应用程序因内存不足而崩溃。

其实，Swap的调整对 Linux 服务器，特别是 Web 服务器的性能至关重要。通过调整 Swap，有时可以越过系统性能瓶颈，节省系统升级费用。