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目錄

前言

Linux 將物理內(nèi)存分為內(nèi)存段，叫做頁(yè)面。交換是指內(nèi)存頁(yè)面被復(fù)制到預(yù)先設(shè)定好的硬盤空間(叫做交換空間)的過(guò)程，目的是釋放這份內(nèi)存頁(yè)面。物理內(nèi)存和交換空間的總大小是可用的虛擬內(nèi)存的總量。

一、什么是 Swap

理解 Swap 在 Linux 操作系統(tǒng)上面的作用！

我們知道 swap space 是磁盤上的一塊區(qū)域，可以是一個(gè)分區(qū)，也可以是一個(gè)文件，或者以它們的組合方式出現(xiàn)。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)物理內(nèi)存吃緊時(shí)，Linux 系統(tǒng)會(huì)將內(nèi)存中不常訪問(wèn)的數(shù)據(jù)保存到 swap 上，這樣系統(tǒng)就有更多的物理內(nèi)存為其他進(jìn)程服務(wù)，而當(dāng)系統(tǒng)需要訪問(wèn) swap 上存儲(chǔ)的內(nèi)容時(shí)，系統(tǒng)會(huì)再將 swap 上的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，這就是我們常說(shuō)的 swap out 和 swap in 了。

二、Swap 的優(yōu)缺點(diǎn)

我們應(yīng)當(dāng)在適合的時(shí)候，靈活的使用 Swap 分區(qū)！

[1] 主要優(yōu)點(diǎn)如下所示

對(duì)于一些大型的應(yīng)用程序(如LibreOffice等)，在啟動(dòng)的過(guò)程中會(huì)使用大量的內(nèi)存，但這些內(nèi)存很多時(shí)候只是在啟動(dòng)的時(shí)候用一下，后面的運(yùn)行過(guò)程中很少再用到這些內(nèi)存。有了 swap 之后，系統(tǒng)就可以將這部分不這么使用的內(nèi)存數(shù)據(jù)保存到 swap 上去，從而釋放出更多的物理內(nèi)存供系統(tǒng)使用。

很多發(fā)行版(如ubuntu)的休眠功能依賴于 swap 分區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)休眠的時(shí)候，會(huì)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存到 swap 分區(qū)上，等下次系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，再將數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，這樣可以加快系統(tǒng)的啟動(dòng)速度，所以如果要使用休眠的功能，必須要配置 swap 分區(qū)，并且大小一定要大于等于物理內(nèi)存在某些情況下，物理內(nèi)存有限，但又想運(yùn)行耗內(nèi)存的程序怎么辦？這時(shí)可以通過(guò)配置足夠的 swap 空間來(lái)達(dá)到目標(biāo)，雖然慢一點(diǎn)，但至少可以運(yùn)行。

[2] 主要缺點(diǎn)如下所示

swap 是存放在磁盤上的，磁盤的速度和內(nèi)存比較起來(lái)慢了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，如果不停的讀寫 swap，那么對(duì)系統(tǒng)的性能肯定有影響，尤其是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存很吃緊的時(shí)候，讀寫 swap 空間發(fā)生的頻率會(huì)很高，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行很慢，像死了一樣，這個(gè)時(shí)候添加物理內(nèi)存是唯一的解決辦法。

三、Swap 的大小配置

介紹了日常使用時(shí)，配置多大的 Swap 比較合適！

既然配置 swap 對(duì)桌面系統(tǒng)有幫助，那么配置多少大小的 swap 比較合適呢？下面是 ubuntu 給出的建議：

• 當(dāng)物理內(nèi)存小于 1G 且不需要休眠時(shí)，設(shè)置和內(nèi)存同樣大小的 swap 空間即可；當(dāng)需要休眠時(shí)，建議配置兩倍物理內(nèi)存的大小，但最大值不要超過(guò)兩倍內(nèi)存大小。

• 當(dāng)物理內(nèi)存大于 1G 且不需要休眠時(shí)，建議大小為 sqrt(RAM)，其中 RAM 為物理內(nèi)存大小；當(dāng)需要休眠時(shí)，建議大小是 RAM+round(sqrt(RAM))，但最大值不要超過(guò)兩倍內(nèi)存大小。

• 如果兩倍物理內(nèi)存大小的 swap 空間還不夠用，建議增加內(nèi)存而不是增加swap。

下面是詳細(xì)的不同物理內(nèi)存情況下的建議，第一列是物理內(nèi)存的大小，第二列和第三列是不需要和需要休眠兩種情況下推薦的大小，第四列是不要超過(guò)的最大值。

 物理內(nèi)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

 物理內(nèi)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

四、Swap 常用操作

介紹了日常使用時(shí)，增刪的相關(guān)操作！

當(dāng)我們確定好配置多大的 swap 空間后，具體應(yīng)該怎么配置呢？Linux 下有兩種類型的 swap 空間，swap 分區(qū)和 swap 文件，它們有各自的特點(diǎn)：

swap 分區(qū):

• swap 分區(qū)上面由于沒(méi)有文件系統(tǒng)，所以相當(dāng)于內(nèi)核直接訪問(wèn)連續(xù)的磁盤空間，效率相對(duì)要高點(diǎn)，但由于 swap 分區(qū)一般安裝系統(tǒng)時(shí)就分配好了，后期要縮減空間和擴(kuò)容都很不方便。

swap 文件:

• swap 文件放在指定分區(qū)的文件系統(tǒng)里面，所以有可能受文件系統(tǒng)性能的影響，但據(jù)說(shuō)2.6版本以后的內(nèi)核可以直接訪問(wèn)swap文件對(duì)應(yīng)的物理磁盤地址，相當(dāng)于跳過(guò)了文件系統(tǒng)直接訪問(wèn)磁盤。不過(guò)如果 swap 文件在磁盤上的物理位置不連續(xù)時(shí)，還是會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生不利影響，但其優(yōu)點(diǎn)就是靈活，隨時(shí)可以增加和移除swap文件。

交換分區(qū)在物理內(nèi)存被填滿時(shí)用來(lái)保持內(nèi)存中的內(nèi)容。當(dāng) RAM 被耗盡，Linux 會(huì)將內(nèi)存中不活動(dòng)的頁(yè)移動(dòng)到交換空間中，從而空出內(nèi)存給系統(tǒng)使用。雖然如此，但交換空間不應(yīng)被認(rèn)為是物理內(nèi)存的替代品。大多數(shù)情況下，建議交換內(nèi)存的大小為物理內(nèi)存的 1 到 2 倍。也就是說(shuō)如果你有 8GB 內(nèi)存, 那么交換空間大小應(yīng)該介于 8-16GB。

[1] 查看系統(tǒng)中已經(jīng)配置的 swap 分配情況

# Filename: 類型是分區(qū)則顯示分區(qū)路徑，類型是文件則顯示文件路徑
# Type: partition代表是一個(gè)swap分區(qū)，file代表是一個(gè)swap文件
# Size: 顯示swap的大小，默認(rèn)單位是KB
# Used: 已經(jīng)被使用的大小，0表示還沒(méi)有被使用到
# Priority: 優(yōu)先級(jí)高將會(huì)被優(yōu)先使用，同等優(yōu)先級(jí)將會(huì)均勻使用(設(shè)置: swapon -p)
escape@app:~$ swapon -s
Filename             Type      Size        Used       Priority
/data/.swapfile      file      10485756    6534248    -1
/data1/.swapfile     file      10485756    3246088    -2

# 指定交換區(qū)的優(yōu)先順序
$ sudo swapon -p xxx

# 啟動(dòng)某個(gè)交換swap
$ sudo swapon /dev/sda2

# 啟動(dòng)所有系統(tǒng)配置的swap
$ sudo swapon -a

# 關(guān)閉某個(gè)交換swap
$ sudo swapoff /dev/sda2

# 關(guān)閉所有系統(tǒng)配置的swap
$ sduo swapoff -a

[2] 固定使永久生效

# 寫入磁盤配置文件
# <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] 查看系統(tǒng)中 swap in/out 的情況

# 并不是swap空間占用多就一定性能下降
# 真正影響性能是swap in和out的頻率，頻率越高對(duì)系統(tǒng)的性能影響越大
escape@app:~$ 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] 查看系統(tǒng)內(nèi)存使用情況

# 查看系統(tǒng)內(nèi)存的實(shí)際使用參數(shù)
$ free
         總計(jì)物理內(nèi)存       已使用       可使用      共享內(nèi)存   磁盤緩存的大小
              total        used        free      shared    buff/cache    available
Mem:       32887700    15661764    13404800      585080       3821136     15865296

交換分區(qū)
Swap:      31457272    10461216    20996056

五、配置 Swap 緩存

操作系統(tǒng)使用 ZFS 文件系統(tǒng)

[1] 添加 swap 分區(qū)

# 1.創(chuàng)建邏輯卷
$ sudo zpool create -V 2G rpool/swap

# 2.使用mkswap命令來(lái)格式化交換分區(qū)
$ sudo mkswap -f rpool/swap

# 3.激活新建的交換分區(qū)
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.關(guān)閉某個(gè)交換swap
$ sudo swapoff /dev/zvol/dsk/rpool/swap2

# 2.刪除邏輯卷
$ sudo zpool destroy rpool/swap

# 3.修改/etc/fstab
將添加的Swap記錄一并刪除，否則下次重啟后，系統(tǒng)又會(huì)重新掛載相應(yīng)的swap分區(qū)和文件

操作系統(tǒng)使用其他文件系統(tǒng)

[1] 添加 swap 分區(qū)

# 1.新加的硬盤
$ 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命令來(lái)格式化交換分區(qū)
$ sudo mkswap /dev/sdb1
Setting up swapspace version 1, size = 2 GiB (2146430976 bytes)
no label, UUID=d69621de-618a-4bea-9a96-b8e8b0d0ea40

# 3.激活新建的交換分區(qū)
$ sudo swapon /dev/sdb1

# 4.swap分區(qū)已經(jīng)被加入到系統(tǒng)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.創(chuàng)建swap文件
$ sudo fallocate -l 512m /data/512M.swap
$ sudo fallocate -l 20G /data/20G.swap

# 2.修改文件的權(quán)限，避免其他用戶對(duì)這個(gè)文件進(jìn)行誤操作
$ sudo chmod 600 /data/512M.swap
$ sudo chmod 600 /data/20G.swap

# 3.格式化為swap文件
$ sudo mkswap /data/512M.swap
$ sudo mkswap /data/20G.swap

# 4.啟用交換空間
$ sudo swapon /data/512M.swap
$ sudo swapon /data/20G.swap

# 5.查看swap狀態(tài)
$ 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  default  0  0

[3] 取消 swap 配置

# 1.停掉所有系統(tǒng)正在使用的swap
$ sudo swapoff /data/20G.swap

# 2.查看swap狀態(tài)
$ swapon -s
Filename                Type        Size    Used    Priority
/data/512M.swap        file        524284  0       -1

# 3.修改/etc/fstab
將添加的Swap記錄一并刪除，否則下次重啟后，系統(tǒng)又會(huì)重新掛載相應(yīng)的swap分區(qū)和文件

六、優(yōu)化 swap 性能

使用和配置 Swap 的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)！

怎么配置swap 可以讓它的性能更好呢？

• 盡量使用 swap 分區(qū)，相對(duì)于 swap 文件來(lái)說(shuō)，分區(qū)肯定是連續(xù)的物理磁盤空間，而 swap 文件有可能不是。

• 將 swap 分區(qū)和系統(tǒng)所在的分區(qū)放在不同的磁盤上，這樣就不會(huì)和系統(tǒng)盤搶同一個(gè)磁盤的 I/O 帶寬。

• 如果有多塊磁盤的話，可以在每個(gè)盤上創(chuàng)建一個(gè) swap 分區(qū)，并且將它們的優(yōu)先級(jí)設(shè)置的一樣，這樣內(nèi)核就會(huì)平均的訪問(wèn)這些 swap 分區(qū)，性能相當(dāng)于原來(lái)的 N 倍(這里 N 是磁盤的數(shù)量)。

不過(guò)話又說(shuō)回來(lái)了，如果頻繁的訪問(wèn) swap 的話，怎么優(yōu)化 swap 都沒(méi)用，跟內(nèi)存比還是低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，性能還是下降的厲害，如果不頻繁訪問(wèn) swap 的話，優(yōu)化 swap 又有啥意義呢？所以其實(shí)優(yōu)化 swap 性能的實(shí)際意義不大，這里了解一下就好。

七、配置 swappiness 特性

配置希望盡量減少 Swap 空間的使用！

有時(shí)我們桌面環(huán)境確實(shí)配置了比較充裕的內(nèi)存，并且也配置了 swap 空間，這個(gè)時(shí)候就希望盡量減少 swap 空間的使用，避免對(duì)系統(tǒng)性能造成影響。Linux 早就幫我們考慮到這種情況了，在 2.6 內(nèi)核中，增加了一個(gè)叫做 swappiness 的參數(shù)，用于配置需要將內(nèi)存中不常用的數(shù)據(jù)移到 swap 中去的緊迫程度。這個(gè)參數(shù)的取值范圍是 0～100，0 告訴內(nèi)核盡可能的不要將內(nèi)存數(shù)據(jù)移到 swap 中，也即只有在迫不得已的情況下才這么做，而 100 告訴內(nèi)核只要有可能，盡量的將內(nèi)存中不常訪問(wèn)的數(shù)據(jù)移到 swap 中。

Ubuntu 的 desktop 和 server 的默認(rèn)配置都是 60(可能會(huì)隨著版本變化)，對(duì)于桌面環(huán)境來(lái)說(shuō)，界面的響應(yīng)速度直接關(guān)系到系統(tǒng)的流暢程度，如果內(nèi)存比較充裕的話，可以將這個(gè)值設(shè)置的小一點(diǎn)，這樣就盡可能的把數(shù)據(jù)留在內(nèi)存中，從而喚醒后臺(tái)界面程序會(huì)更快一些，Ubuntu desktop 建議將該值設(shè)置為 10，當(dāng)然大家可以根據(jù) swap 空間的實(shí)際使用情況，任意調(diào)整這個(gè)參數(shù)，直到自己滿意的水平為止。對(duì)于服務(wù)器來(lái)說(shuō)，主要性能衡量標(biāo)準(zhǔn)是整體的處理能力，而不是具體某一次的響應(yīng)速度，能把更多的內(nèi)存用來(lái)做 I/O cache 可能效果更好，所以 Ubuntu server 建議保持 60 的默認(rèn)值。

# 修改當(dāng)前系統(tǒng)中swappiness的值
$ sudo sysctl vm.swappiness=10
vm.swappiness = 10

# 查看當(dāng)前系統(tǒng)中swappiness的值
$ sudo cat /proc/sys/vm/swappiness
10

# 生效配置 => /etc/sysctl.conf
$ sudo /sbin/sysctl -p

# 修改當(dāng)前系統(tǒng)中vfs_cache_pressure的值
$ sudo sysctl vm.vfs_cache_pressure=50
vm.vfs_cache_pressure=50

# 查看當(dāng)前系統(tǒng)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

上面通過(guò) sysctl 修改的 swappiness 值在系統(tǒng)重啟后會(huì)失效，要想重啟后繼續(xù)生效，需要修改配置文件 /etc/sysctl.conf，將下面這行修改成 10，如果文件中找不到這行的話，在文件末位加上這行就可以了。

vm.swappiness=10