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在Linux系統(tǒng)中，內(nèi)存是非常重要的資源，它能夠讓應(yīng)用程序快速地進(jìn)行處理和讀取文件。為了讓應(yīng)用程序更高效地使用內(nèi)存，Linux提供了一些工具和方法來(lái)將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。本文將介紹如何在Linux中使用這些方法將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。
一、文件映射到內(nèi)存
文件映射到內(nèi)存是一種非常常見(jiàn)的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存的方法。它使用mmap系統(tǒng)調(diào)用將文件映射到內(nèi)存，并使用讀寫操作來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。在文件映射到內(nèi)存后，應(yīng)用程序可以快速讀取和寫入文件，而無(wú)需執(zhí)行額外的數(shù)據(jù)復(fù)制操作。
步驟如下：
1. 打開(kāi)要映射的文件。
2. 獲取文件長(zhǎng)度，并使用mmap系統(tǒng)調(diào)用將文件映射到內(nèi)存。
3. 使用指針來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。
4. 將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。
5. 使用munmap系統(tǒng)調(diào)用釋放內(nèi)存映射。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例程序，它將一個(gè)文件映射到內(nèi)存中，并將一些數(shù)據(jù)寫入該文件。
#include
#include
#include
#include
#include
int mn() {
const char *filename = “file.txt”;
int fd = open(filename, O_RDWR);
if (fd == -1) {
perror(“open”);
exit(1);
}
off_t length = lseek(fd, 0, SEEK_END);
void *map = mmap(NULL, length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (map == MAP_FLED) {
perror(“mmap”);
exit(1);
}
char *data = (char*) map;
// write some data to memory
data[0] = ‘H’;
data[1] = ‘e’;
data[2] = ‘l’;
data[3] = ‘l’;
data[4] = ‘o’;
data[5] = ‘,’;
data[6] = ‘ ‘;
data[7] = ‘W’;
data[8] = ‘o’;
data[9] = ‘r’;
data[10] = ‘l’;
data[11] = ‘d’;
data[12] = ‘!’;
data[13] = ‘\n’;
munmap(map, length);
close(fd);
return 0;
}
這個(gè)程序?qū)⒁粋€(gè)名為file.txt的文件映射到內(nèi)存中，并使用指針來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。它在內(nèi)存中寫入了一些數(shù)據(jù)，并使用munmap系統(tǒng)調(diào)用來(lái)釋放內(nèi)存映射。在執(zhí)行完該程序后，file.txt文件將包含寫入的數(shù)據(jù)。
二、使用共享內(nèi)存
共享內(nèi)存是另一種常見(jiàn)的將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存的方法。它使用shmget系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建共享內(nèi)存段，并使用shmat系統(tǒng)調(diào)用將共享內(nèi)存段映射到進(jìn)程的地址空間中。多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)訪問(wèn)共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，使得它成為進(jìn)程之間共享數(shù)據(jù)的一種有效方式。
步驟如下：
1. 使用shmget系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建共享內(nèi)存段。
2. 使用shmat系統(tǒng)調(diào)用將共享內(nèi)存段映射到進(jìn)程的地址空間中。
3. 使用指針來(lái)訪問(wèn)共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。
4. 將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。
5. 使用shmdt系統(tǒng)調(diào)用將共享內(nèi)存從進(jìn)程的地址空間中分離。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例程序，它創(chuàng)建一個(gè)共享內(nèi)存段，并將一些數(shù)據(jù)寫入該共享內(nèi)存段。
#include
#include
#include
#include
int mn() {
const int SHM_SIZE = 1024;
const key_t SHM_KEY = 1234;
int shmid = shmget(SHM_KEY, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0600);
if (shmid == -1) {
perror(“shmget”);
exit(1);
}
char *shm = shmat(shmid, NULL, 0);
if (shm == (void*) -1) {
perror(“shmat”);
exit(1);
}
// write some data to shared memory
shm[0] = ‘H’;
shm[1] = ‘e’;
shm[2] = ‘l’;
shm[3] = ‘l’;
shm[4] = ‘o’;
shm[5] = ‘,’;
shm[6] = ‘ ‘;
shm[7] = ‘W’;
shm[8] = ‘o’;
shm[9] = ‘r’;
shm[10] = ‘l’;
shm[11] = ‘d’;
shm[12] = ‘!’;
shm[13] = ‘\n’;
shmdt(shm);
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
這個(gè)程序創(chuàng)建了一個(gè)共享內(nèi)存段，并使用指針來(lái)訪問(wèn)共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。它在內(nèi)存中寫入了一些數(shù)據(jù)，并使用shmdt系統(tǒng)調(diào)用將共享內(nèi)存從進(jìn)程的地址空間中分離。在執(zhí)行完該程序后，共享內(nèi)存段將被銷毀，寫入的數(shù)據(jù)將被丟棄。
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物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存
我們知道，直接從物理內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)要比從硬盤讀寫數(shù)據(jù)要快的多，因此，我們希望所有數(shù)據(jù)的讀取和寫入都在內(nèi)存完成，而內(nèi)存是有限的，這樣就引出了物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存的概念。
物理內(nèi)存就是系統(tǒng)硬件提供的內(nèi)存大小，是真正的內(nèi)存，相對(duì)于物理內(nèi)存，在linux下還有一個(gè)虛擬內(nèi)存的概念，虛擬內(nèi)存就是為了滿足物理內(nèi)存的不足而提出的策略，它是利用磁盤空間虛擬出的一塊邏輯內(nèi)存，用作虛擬內(nèi)存的磁盤空間被稱為交換空間（Swap Space）。
作為物理內(nèi)存的擴(kuò)展，linux會(huì)在物理內(nèi)存不足時(shí)，使用交換分區(qū)的虛擬內(nèi)存，更詳細(xì)的說(shuō)，就是內(nèi)核會(huì)將暫時(shí)不用的內(nèi)存塊信息寫到交換空間，這樣以來(lái)，物理內(nèi)存得到了釋放，這塊內(nèi)存就可以用于其它目的，當(dāng)需要用到原始的內(nèi)容時(shí)，這些信息會(huì)被重新從交換空間讀入物理內(nèi)存。
linux的內(nèi)存管理采取的是分頁(yè)存取機(jī)制，為了保證物理內(nèi)存能得到充分的利用，內(nèi)核會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑽锢韮?nèi)存中不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)塊自動(dòng)交換到虛擬內(nèi)存中，而將經(jīng)常使用的信息保留到物理內(nèi)存。
要深入了解linux內(nèi)存運(yùn)行機(jī)制，需要知道下面提到的幾個(gè)方面：
首先，Linux系統(tǒng)會(huì)不時(shí)的進(jìn)行則告頁(yè)面交換操作，以保持盡可能多的空閑物理內(nèi)存，即使并沒(méi)有什么事情需要內(nèi)存，Linux也會(huì)交換出暫時(shí)不用的內(nèi)存頁(yè)面。這可以避免等待交換所需的時(shí)間。
其次，linux進(jìn)行頁(yè)孫正明面交換是有
條件的，不是所有頁(yè)面在不用時(shí)都交換到虛擬內(nèi)存，linux內(nèi)核根據(jù)”最近最經(jīng)常使用“算法，僅僅將一些不經(jīng)常使用的頁(yè)面文件交換到虛擬內(nèi)存，有時(shí)我們會(huì)
看到這么一個(gè)現(xiàn)象：linux物理內(nèi)存還有很多，但是交換空間也使用清敏了很多。其實(shí)，這并不奇怪，例如，一個(gè)占用很大內(nèi)存的進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，需要耗費(fèi)很多內(nèi)存資
源，此時(shí)就會(huì)有一些不常用頁(yè)面文件被交換到虛擬內(nèi)存中，但后來(lái)這個(gè)占用很多內(nèi)存資源的進(jìn)程結(jié)束并釋放了很多內(nèi)存時(shí)，剛才被交換出去的頁(yè)面文件并不會(huì)自動(dòng)的
交換進(jìn)物理內(nèi)存，除非有這個(gè)必要，那么此刻系統(tǒng)物理內(nèi)存就會(huì)空閑很多，同時(shí)交換空間也在被使用，就出現(xiàn)了剛才所說(shuō)的現(xiàn)象了。關(guān)于這點(diǎn)，不用擔(dān)心什么，只要
知道是怎么一回事就可以了。
最后，交換空間的頁(yè)面在使用時(shí)會(huì)首
先被交換到物理內(nèi)存，如果此時(shí)沒(méi)有足夠的物理內(nèi)存來(lái)容納這些頁(yè)面，它們又會(huì)被馬上交換出去，如此以來(lái)，虛擬內(nèi)存中可能沒(méi)有足夠空間來(lái)存儲(chǔ)這些交換頁(yè)面，最
終會(huì)導(dǎo)致linux出現(xiàn)假死機(jī)、服務(wù)異常等問(wèn)題，linux雖然可以在一段時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，但是恢復(fù)后的系統(tǒng)已經(jīng)基本不可用了。
因此，合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)linux內(nèi)存的使用，是非常重要的.
內(nèi)存的監(jiān)控
作為一名linux系統(tǒng)管理員，監(jiān)控內(nèi)存的使用狀態(tài)是非常重要的，通過(guò)監(jiān)控有助于了解內(nèi)存的使用狀態(tài)，比如內(nèi)存占用是否正常，內(nèi)存是否緊缺等等，監(jiān)控內(nèi)存最常使用的命令有free、top等，下面是某個(gè)系統(tǒng)free的輸出：
$ free
totalusedfree shared buffers cached
Mem:0
-/+ buffers/cache:
Swap:
我們解釋下輸出結(jié)果中每個(gè)選項(xiàng)的含義：
首先是之一行：
? total：物理內(nèi)存的總大小。
? used：已經(jīng)使用的物理內(nèi)存多小。
? free：空閑的物理內(nèi)存值。
? shared：多個(gè)進(jìn)程共享的內(nèi)存值。
? buffers/cached：磁盤緩存的大小。
第二行Mem：代表物理內(nèi)存使用情況。
第三行(-/+ buffers/cached)：代表磁盤緩存使用狀態(tài)。
第四行：Swap表示交換空間內(nèi)存使用狀態(tài)。
free命令輸出的內(nèi)存狀態(tài)，可以通過(guò)兩個(gè)角度來(lái)查看：一個(gè)是從內(nèi)核的角度來(lái)看，一個(gè)是從應(yīng)用層的角度來(lái)看的。
從內(nèi)核的角度來(lái)查看內(nèi)存的狀態(tài)
就是內(nèi)核目前可以直接分配到，不需要額外的操作，即為上面free命令輸出中第二行Mem項(xiàng)的值，可以看出，此系統(tǒng)物理內(nèi)存有16G，空閑的內(nèi)存只有41940K，也就是40M多一點(diǎn)，我們來(lái)做一個(gè)這樣的計(jì)算：
－＝
其實(shí)就是總的物理內(nèi)存減去已經(jīng)使用的物理內(nèi)存得到的就是空閑的物理內(nèi)存大小，注意這里的可用內(nèi)存值41940并不包含處于buffers和cached狀態(tài)的內(nèi)存大小。
如果你認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)空閑內(nèi)存太小，那你就錯(cuò)了，實(shí)際上，內(nèi)核完全控制著內(nèi)存的使用情況，linux會(huì)在需要內(nèi)存的時(shí)候，或在系統(tǒng)運(yùn)行逐步推進(jìn)時(shí)，將buffers和cached狀態(tài)的內(nèi)存變?yōu)閒ree狀態(tài)的內(nèi)存，以供系統(tǒng)使用。
從應(yīng)用層的角度來(lái)看系統(tǒng)內(nèi)存的使用狀態(tài)
也就是linux上運(yùn)行的應(yīng)用程序可以使用的內(nèi)存大小，即free命令第三行“(-/+ buffers/cached)”的輸出，可以看到，此系統(tǒng)已經(jīng)使用的內(nèi)存才K，而空閑的內(nèi)存達(dá)到K，繼續(xù)做這樣一個(gè)計(jì)算：
41940＋（465404＋）＝
通
過(guò)這個(gè)等式可知，應(yīng)用程序可用的物理內(nèi)存值是Mem項(xiàng)的free值加上buffers和cached值之和，也就是說(shuō)，這個(gè)free值是包括
buffers和cached項(xiàng)大小的，對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，buffers/cached占有的內(nèi)存是可用的，因?yàn)閎uffers/cached是為了提
高文件讀取的性能，當(dāng)應(yīng)用程序需要用到內(nèi)存的時(shí)候，buffers/cached會(huì)很快地被回收，以供應(yīng)用程序使用。
buffers與cached的異同
在
Linux
操作系統(tǒng)中，當(dāng)應(yīng)用程序需要讀取文件中的數(shù)據(jù)時(shí)，操作系統(tǒng)先分配一些內(nèi)存，將數(shù)據(jù)從磁盤讀入到這些內(nèi)存中，然后再將數(shù)據(jù)分發(fā)給應(yīng)用程序；當(dāng)需要往文件中寫
數(shù)據(jù)時(shí)，操作系統(tǒng)先分配內(nèi)存接收用戶數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)從內(nèi)存寫到磁盤上。然而，如果有大量數(shù)據(jù)需要從磁盤讀取到內(nèi)存或者由內(nèi)存寫入磁盤時(shí)，系統(tǒng)的讀寫性
能就變得非常低下，因?yàn)闊o(wú)論是從磁盤讀數(shù)據(jù)，還是寫數(shù)據(jù)到磁盤，都是一個(gè)很消耗時(shí)間和資源的過(guò)程，在這種情況下，linux引入了buffers和
cached機(jī)制。
buffers與cached都是內(nèi)存操作，用來(lái)保存系統(tǒng)曾經(jīng)打開(kāi)過(guò)的文件以及文件屬性信息，這樣當(dāng)操作系統(tǒng)需要讀取
某些文件時(shí)，會(huì)首先在buffers與cached內(nèi)存區(qū)查找，如果找到，直接讀出傳送給應(yīng)用程序，如果沒(méi)有找到需要數(shù)據(jù)，才從磁盤讀取，這就是操作系統(tǒng)
的緩存機(jī)制，通過(guò)緩存，大大提高了操作系統(tǒng)的性能。但buffers與cached緩沖的內(nèi)容卻是不同的。
buffers是用來(lái)緩沖塊設(shè)
備做的，它只記錄文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)（metadata）以及 tracking in-flight
pages，而cached是用來(lái)給文件做緩沖。更通俗一點(diǎn)說(shuō)：buffers主要用來(lái)存放目錄里面有什么內(nèi)容，文件的屬性以及權(quán)限等等。而cached
直接用來(lái)記憶我們打開(kāi)過(guò)的文件和程序。
為了驗(yàn)證我們的結(jié)論是否正確，可以通過(guò)vi打開(kāi)一個(gè)非常大的文件，看看cached的變化，然后再次vi這個(gè)文件，感覺(jué)一下兩次打開(kāi)的速度有何異同，是不是第二次打開(kāi)的速度明顯快于之一次呢？
接著執(zhí)行下面的命令：
find /* -name *.conf
看看buffers的值是否變化，然后重復(fù)執(zhí)行find命令，看看兩次顯示速度有何不同。
Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)存運(yùn)行原理，很大程度上是根據(jù)服務(wù)器的需求來(lái)設(shè)計(jì)的，例如系統(tǒng)的緩沖機(jī)制會(huì)把經(jīng)常使用到的文件和數(shù)據(jù)緩存在cached
中，linux總是在力求緩存更多的數(shù)據(jù)和信息，這樣再次需要這些數(shù)據(jù)時(shí)可以直接從內(nèi)存中取，而不需要有一個(gè)漫長(zhǎng)的磁盤操作，這種設(shè)計(jì)思路提高了系統(tǒng)的整
體性能。
交換空間swap的使用
雖然現(xiàn)在的內(nèi)存已經(jīng)變得非常廉價(jià)，但是swap仍然有很大的使用價(jià)值，合理的規(guī)劃和使用swap分區(qū)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。Linux下可以使用文件系統(tǒng)中的一個(gè)常規(guī)文件或者一個(gè)獨(dú)立分區(qū)作為交換空間使用。同時(shí)linux允許使用多個(gè)交換分區(qū)或者交換文件。
創(chuàng)建swap交換空間
創(chuàng)建交換空間所需的交換文件是一個(gè)普通的文件，但是，創(chuàng)建交換文件與創(chuàng)建普通文件不同，必須通過(guò)dd命令來(lái)完成，同時(shí)這個(gè)文件必須位于本地硬盤上，不能在網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）上創(chuàng)建swap交換文件。例如：
# dd if=/dev/zero of=/data/swapfile bs=1024 count=65536
65536+0 records in
65536+0 records out
這樣就創(chuàng)建一個(gè)有連續(xù)空間的交換文件，大小為60M左右，關(guān)于dd命令做簡(jiǎn)單的講述:
if＝輸入文件，或者設(shè)備名稱。
of＝輸出文件或者設(shè)備名稱。
ibs=bytes 表示一次讀入bytes 個(gè)字節(jié)(即一個(gè)塊大小為 bytes 個(gè)字節(jié))。
obs=bytes 表示一次寫bytes 個(gè)字節(jié)(即一個(gè)塊大小為 bytes 個(gè)字節(jié))。
bs＝bytes，同時(shí)設(shè)置讀寫塊的大小，以bytes為單位，此參數(shù)可代替 ibs 和 obs。
count=blocks 僅拷貝blocks個(gè)塊。
skip=blocks 表示從輸入文件開(kāi)頭跳過(guò) blocks 個(gè)塊后再開(kāi)始復(fù)制。
seek=blocks表示從輸出文件開(kāi)頭跳過(guò) blocks 個(gè)塊后再開(kāi)始復(fù)制。(通常只有當(dāng)輸出文件是磁盤或磁帶時(shí)才有效)
這里的輸入設(shè)備/dev/zero代表一個(gè)輸出永遠(yuǎn)為0的設(shè)備文件，使用它作輸入可以得到全為空的文件。
激活和使用swap
首先通過(guò)mkswap命令指定作為交換空間的設(shè)備或者文件：
#mkswap /data/swapfile
Setting up swapspace version 1, size =kB
# free
totalusedfree shared buffers cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
Swap:
從上面輸出可知，我們指定了一個(gè)67104 kB的交換空間，而此時(shí)新建的交換空間還未被使用，下面簡(jiǎn)單介紹下mkswap命令，mkswap的一般使用格式為：
mkswap
參數(shù)：
-c：建立交換區(qū)前，先檢查是否有損壞的區(qū)塊。
-v0：建立舊式交換區(qū)，此為預(yù)設(shè)值。
-v1：建立新式交換區(qū)。
交換區(qū)大小：指定交換區(qū)的大小，單位為1024字節(jié)。
設(shè)置交換分區(qū)后，接著通過(guò)swapon命令激活swap：
#/usr/in/swapon /data/swapfile
# free
totalusedfree shared buffers cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
Swap:
通
過(guò)free命令可以看出，swap大小已經(jīng)由k變?yōu)閗，相差的值是60M左右，剛好等于我們?cè)黾拥囊粋€(gè)交換文件大小，這說(shuō)明
新增的交換分區(qū)已經(jīng)可以使用了，但是如果linux重啟，那么新增的swap空間將變得不可用，因此需要在/etc/fstab中添加自動(dòng)加載設(shè)置：
/data/swapfile none swap sw 0 0
如此以來(lái)，linux在重啟后就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載swap分區(qū)了。其實(shí)linux在啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)執(zhí)行“swapon -a”命令，此命令會(huì)加載列在/etc/fstab中的所有交換空間。
移除swap
通過(guò)swapoff即可移除一個(gè)交換空間
#/usr/in/swapoff /data/swapfile
其實(shí)也可以通過(guò)“swapoff -a”移除在/etc/fstab中定義的所有交換空間，這里的“swapoff -a”與上面提到的“swapon -a”對(duì)應(yīng)。執(zhí)行“swapoff -a”后，free命令輸出如下：
# free
totalusedfree shared buffers cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
Swap:
關(guān)于linux 往內(nèi)存寫數(shù)據(jù)的介紹到此就結(jié)束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關(guān)注本站。
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