纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
Linux 将物理内存分为内存段，叫做页面。交换是指内存页面被复制到预先设定好的硬盘空间(叫做交换空间)的过程，目的是释放这份内存页面。物理内存和交换空间的总大小是可用的虚拟内存的总量。
1. 什么是 Swap
理解 Swap 在 Linux 操作系统上面的作用！
我们知道 swap space 是磁盘上的一块区域，可以是一个分区，也可以是一个文件，或者以它们的组合方式出现。简单点说，当系统物理内存吃紧时，Linux 系统会将内存中不常访问的数据保存到 swap 上，这样系统就有更多的物理内存为其他进程服务，而当系统需要访问 swap 上存储的内容时，系统会再将 swap 上的数据加载到内存中，这就是我们常说的 swap out 和 swap in 了。
2. Swap 的优缺点
我们应当在适合的时候，灵活的使用 Swap 分区！
- [1] 主要优点如下所示
对于一些大型的应用程序(如LibreOffice等)，在启动的过程中会使用大量的内存，但这些内存很多时候只是在启动的时候用一下，后面的运行过程中很少再用到这些内存。有了 swap 之后，系统就可以将这部分不这么使用的内存数据保存到 swap 上去，从而释放出更多的物理内存供系统使用。
很多发行版(如ubuntu)的休眠功能依赖于 swap 分区，当系统休眠的时候，会将内存中的数据保存到 swap 分区上，等下次系统启动的时候，再将数据加载到内存中，这样可以加快系统的启动速度，所以如果要使用休眠的功能，必须要配置 swap 分区，并且大小一定要大于等于物理内存在某些情况下，物理内存有限，但又想运行耗内存的程序怎么办？这时可以通过配置足够的 swap 空间来达到目标，虽然慢一点，但至少可以运行。
- [2] 主要缺点如下所示
swap 是存放在磁盘上的，磁盘的速度和内存比较起来慢了好几个数量级，如果不停的读写 swap，那么对系统的性能肯定有影响，尤其是当系统内存很吃紧的时候，读写 swap 空间发生的频率会很高，导致系统运行很慢，像死了一样，这个时候添加物理内存是唯一的解决办法。
3. Swap 的大小配置
介绍了日常使用时，配置多大的 Swap 比较合适！
既然配置 swap 对桌面系统有帮助，那么配置多少大小的 swap 比较合适呢？下面是 ubuntu 给出的建议：
- 当物理内存小于 1G 且不需要休眠时，设置和内存同样大小的 swap 空间即可；当需要休眠时，建议配置两倍物理内存的大小，但最大值不要超过两倍内存大小。
- 当物理内存大于 1G 且不需要休眠时，建议大小为 sqrt(RAM)，其中 RAM 为物理内存大小；当需要休眠时，建议大小是 RAM+round(sqrt(RAM))，但最大值不要超过两倍内存大小。
- 如果两倍物理内存大小的 swap 空间还不够用，建议增加内存而不是增加swap。
下面是详细的不同物理内存情况下的建议，第一列是物理内存的大小，第二列和第三列是不需要和需要休眠两种情况下推荐的大小，第四列是不要超过的最大值。
物理内存(MB) 不需要休眠 需要休眠 最大值 256 256 512 512 512 512 1024 1024 1024 1024 2048 2048
物理内存(GB) 不需要休眠 需要休眠 最大值 1 1 2 2 2 1 3 4 3 2 5 6 4 2 6 8 5 2 7 10 6 2 8 12 8 3 11 16 12 3 15 24 16 4 20 32 24 5 29 48 32 6 38 64 64 8 72 128 128 11 139 256
4. Swap 常用操作
介绍了日常使用时，增删的相关操作！
当我们确定好配置多大的 swap 空间后，具体应该怎么配置呢？Linux 下有两种类型的 swap 空间，swap 分区和 swap 文件，它们有各自的特点：
- swap 分区
- swap 分区上面由于没有文件系统，所以相当于内核直接访问连续的磁盘空间，效率相对要高点，但由于 swap 分区一般安装系统时就分配好了，后期要缩减空间和扩容都很不方便。
- swap 文件
- swap 文件放在指定分区的文件系统里面，所以有可能受文件系统性能的影响，但据说2.6版本以后的内核可以直接访问swap文件对应的物理磁盘地址，相当于跳过了文件系统直接访问磁盘。不过如果 swap 文件在磁盘上的物理位置不连续时，还是会对性能产生不利影响，但其优点就是灵活，随时可以增加和移除swap文件。
交换分区在物理内存被填满时用来保持内存中的内容。当 RAM 被耗尽，Linux 会将内存中不活动的页移动到交换空间中，从而空出内存给系统使用。虽然如此，但交换空间不应被认为是物理内存的替代品。大多数情况下，建议交换内存的大小为物理内存的 1 到 2 倍。也就是说如果你有 8GB 内存, 那么交换空间大小应该介于 8-16GB。
- [1] 查看系统中已经配置的 swap 分配情况
# Filename: 类型是分区则显示分区路径，类型是文件则显示文件路径 # Type: partition代表是一个swap分区，file代表是一个swap文件 # Size: 显示swap的大小，默认单位是KB # Used: 已经被使用的大小，0表示还没有被使用到 # Priority: 优先级高将会被优先使用，同等优先级将会均匀使用(设置: swapon -p) [email protected]:~$ swapon -s Filename Type Size Used Priority /data/.swapfile file 10485756 6534248 -1 /data1/.swapfile file 10485756 3246088 -2
# 指定交换区的优先顺序 $ sudo swapon -p xxx # 启动某个交换swap $ sudo swapon /dev/sda2 # 启动所有系统配置的swap $ sudo swapon -a # 关闭某个交换swap $ sudo swapoff /dev/sda2 # 关闭所有系统配置的swap $ sduo swapoff -a
- [2] 固定使永久生效
# 写入磁盘配置文件 # <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass> $ cat /etc/fstab /data1/.swapfile none swap sw 0 0 /data1/.swapfile2 none swap sw 0 0
- [3] 查看系统中 swap in/out 的情况
# 并不是swap空间占用多就一定性能下降 # 真正影响性能是swap in和out的频率，频率越高对系统的性能影响越大 [email protected]:~$ vmstat 2 procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st 3 1 9795592 2037192 282460 14034552 8 8 51 46 0 0 10 1 88 0 0 3 0 9795592 2025832 282472 14044688 0 0 68279 270 5416 6425 35 6 54 5 0
- [4] 查看系统内存使用情况
# 查看系统内存的实际使用参数
$ free
总计物理内存 已使用 可使用 共享内存 磁盘缓存的大小
total used free shared buff/cache available
Mem: 32887700 15661764 13404800 585080 3821136 15865296
交换分区
Swap: 31457272 10461216 20996056
5. 配置 Swap 缓存
操作系统使用 ZFS 文件系统
- [1] 添加 swap 分区
# 1.创建逻辑卷 $ sudo zpool create -V 2G rpool/swap # 2.使用mkswap命令来格式化交换分区 $ sudo mkswap -f rpool/swap # 3.激活新建的交换分区 swapon -a /dev/zvol/dsk/rpool/swap2 # 4.永久生效 $ sudo vi /etc/fstab /dev/zvol/dsk/rpool/swap2 swap swap default 0 0
- [2] 取消 swap 配置
# 1.关闭某个交换swap $ sudo swapoff /dev/zvol/dsk/rpool/swap2 # 2.删除逻辑卷 $ sudo zpool destroy rpool/swap # 3.修改/etc/fstab 将添加的Swap记录一并删除，否则下次重启后，系统又会重新挂载相应的swap分区和文件
操作系统使用其他文件系统
- [1] 添加 swap 分区
# 1.新加的硬盘 $ sudo fdisk -l /dev/sdb Device Boot Start End Sectors Size Id Type /dev/sdb1 2048 4194303 4192256 2G 83 Linux # 2.使用mkswap命令来格式化交换分区 $ sudo mkswap /dev/sdb1 Setting up swapspace version 1, size = 2 GiB (2146430976 bytes) no label, UUID=d69621de-618a-4bea-9a96-b8e8b0d0ea40 # 3.激活新建的交换分区 $ sudo swapon /dev/sdb1 # 4.swap分区已经被加入到系统中 $ swapon -s Filename Type Size Used Priority /dev/sdb1 partition 2096124 0 -1 # 5.永久生效 $ sudo vi /etc/fstab /dev/sda3 swap swap default 0 0
- [2] 添加 swap 文件
# 1.创建swap文件 $ sudo fallocate -l 512m /data/512M.swap $ sudo fallocate -l 20G /data/20G.swap # 有些系统应为是fallocate创建的磁盘再启用时会失败 # 所以，当遇到提示命令参数异常的时候问题，可以使用dd命令创建 # 提示报错信息: swapon failed: Invalid argument $ sudo dd if=/dev/zero of=/data/20G.swap bs=1G count=20 # 2.修改文件的权限，避免其他用户对这个文件进行误操作 $ sudo chmod 600 /data/512M.swap $ sudo chmod 600 /data/20G.swap # 3.格式化为swap文件 $ sudo mkswap /data/512M.swap $ sudo mkswap /data/20G.swap # 4.启用交换空间 $ sudo swapon /data/512M.swap $ sudo swapon /data/20G.swap # 5.查看swap状态 $ swapon -s Filename Type Size Used Priority /data/512M.swap file 524284 0 -1 /data/20G.swap file 20971360 0 -2 # 6.永久生效 $ sudo vi /etc/fstab /dev/sda3 swap swap defaults 0 0
- [3] 取消 swap 配置
# 1.停掉所有系统正在使用的swap $ sudo swapoff /data/20G.swap # 2.查看swap状态 $ swapon -s Filename Type Size Used Priority /data/512M.swap file 524284 0 -1 # 3.修改/etc/fstab 将添加的Swap记录一并删除，否则下次重启后，系统又会重新挂载相应的swap分区和文件
7. 优化 swap 性能
使用和配置 Swap 的相关经验总结！
怎么配置 swap 可以让它的性能更好呢？
- 尽量使用 swap 分区，相对于 swap 文件来说，分区肯定是连续的物理磁盘空间，而 swap 文件有可能不是。
- 将 swap 分区和系统所在的分区放在不同的磁盘上，这样就不会和系统盘抢同一个磁盘的 I/O 带宽。
- 如果有多块磁盘的话，可以在每个盘上创建一个 swap 分区，并且将它们的优先级设置的一样，这样内核就会平均的访问这些 swap 分区，性能相当于原来的 N 倍(这里 N 是磁盘的数量)。
不过话又说回来了，如果频繁的访问 swap 的话，怎么优化 swap 都没用，跟内存比还是低几个数量级，性能还是下降的厉害，如果不频繁访问 swap 的话，优化 swap 又有啥意义呢？所以其实优化 swap 性能的实际意义不大，这里了解一下就好。
8. 配置 swappiness 特性
配置希望尽量减少 Swap 空间的使用！
有时我们桌面环境确实配置了比较充裕的内存，并且也配置了 swap 空间，这个时候就希望尽量减少 swap 空间的使用，避免对系统性能造成影响。Linux 早就帮我们考虑到这种情况了，在 2.6 内核中，增加了一个叫做 swappiness 的参数，用于配置需要将内存中不常用的数据移到 swap 中去的紧迫程度。这个参数的取值范围是 0～100，0 告诉内核尽可能的不要将内存数据移到 swap 中，也即只有在迫不得已的情况下才这么做，而 100 告诉内核只要有可能，尽量的将内存中不常访问的数据移到 swap 中。
Ubuntu 的 desktop 和 server 的默认配置都是 60(可能会随着版本变化)，对于桌面环境来说，界面的响应速度直接关系到系统的流畅程度，如果内存比较充裕的话，可以将这个值设置的小一点，这样就尽可能的把数据留在内存中，从而唤醒后台界面程序会更快一些，Ubuntu desktop 建议将该值设置为 10，当然大家可以根据 swap 空间的实际使用情况，任意调整这个参数，直到自己满意的水平为止。对于服务器来说，主要性能衡量标准是整体的处理能力，而不是具体某一次的响应速度，能把更多的内存用来做 I/O cache 可能效果更好，所以 Ubuntu server 建议保持 60 的默认值。
# 修改当前系统中swappiness的值 $ sudo sysctl vm.swappiness=10 vm.swappiness = 10 # 查看当前系统中swappiness的值 $ sudo cat /proc/sys/vm/swappiness 10 # 生效配置 => /etc/sysctl.conf $ sudo /sbin/sysctl -p
# 修改当前系统中vfs_cache_pressure的值 $ sudo sysctl vm.vfs_cache_pressure=50 vm.vfs_cache_pressure=50 # 查看当前系统中vfs_cache_pressure的值 $ sudo cat /proc/sys/vm/vfs_cache_pressure 50 # 生效配置 => /etc/sysctl.conf $ sudo /sbin/sysctl -p
上面通过 sysctl 修改的 swappiness 值在系统重启后会失效，要想重启后继续生效，需要修改配置文件 /etc/sysctl.conf，将下面这行修改成 10，如果文件中找不到这行的话，在文件末位加上这行就可以了。
vm.swappiness=10
9. 参考文档地址
送人玫瑰，手有余香！
