文章目錄

• • 什么是swap?
  • 為什么需要swap?
  • swap的缺點?
  • 到底要不要swap？
  • 內存不夠用
  • 內存勉強夠用
  • 內存充裕
  • 桌面環境
  • 服務器環境
  • swap大小配置多少比較合適？
  • 怎么配置swap？
  • 查看系統中已經配置的swap
  • 查看系統中swap in/out的情況
  • 添加swap分區
  • 添加swap文件
  • 取消所有的swap
  • 如何優化swap性能?
  • 配置swappiness

每次安裝Linux的時候，都會要求配置交換分區，那么這個分區是干嘛的呢？不設置這個分區有什么后果？如果一定要設置，設置多大比較合適？本篇將試圖回答這些問題并盡量覆蓋所有swap相關的知識。

下面的所有例子都在ubuntu-server-x86_64 16.04下執行通過

什么是swap?

swap space是磁盤上的一塊區域，可以是一個分區，也可以是一個文件，或者是他們的組合。簡單點說，當系統物理內存吃緊時，Linux會將內存中不常訪問的數據保存到swap上，這樣系統就有更多的物理內存為各個進程服務，而當系統需要訪問swap上存儲的內容時，再將swap上的數據加載到內存中，這就是我們常說的swap out和swap in。

為什么需要swap?

要回答這個問題，就需要回答swap給我們帶來了哪些好處。

• 對于一些大型的應用程序(如LibreOffice、video editor等)，在啟動的過程中會使用大量的內存，但這些內存很多時候只是在啟動的時候用一下，后面的運行過程中很少再用到這些內存。有了swap后，系統就可以將這部分不這么使用的內存數據保存到swap上去，從而釋放出更多的物理內存供系統使用。

• 很多發行版(如ubuntu)的休眠功能依賴于swap分區，當系統休眠的時候，會將內存中的數據保存到swap分區上，等下次系統啟動的時候，再將數據加載到內存中，這樣可以加快系統的啟動速度，所以如果要使用休眠的功能，必須要配置swap分區，并且大小一定要大于等于物理內存

• 在某些情況下，物理內存有限，但又想運行耗內存的程序怎么辦？這時可以通過配置足夠的swap空間來達到目標，雖然慢一點，但至少可以運行。

• 雖然大部分情況下，物理內存都是夠用的，但是總有一些意想不到的狀況，比如某個進程需要的內存超過了預期，或者有進程存在內存泄漏等，當內存不夠的時候，就會觸發內核的OOM killer，根據OOM killer的配置，某些進程會被kill掉或者系統直接重啟（默認情況是優先kill耗內存最多的那個進程），不過有了swap后，可以拿swap當內存用，雖然速度慢了點，但至少給了我們一個去debug、kill進程或者保存當前工作進度的機會。

• 如果看過Linux內存管理，就會知道系統會盡可能多的將空閑內存用于cache，以加快系統的I/O速度，所以如果能將不怎么常用的內存數據移動到swap上，就會有更多的物理內存用于cache，從而提高系統整體性能。

swap的缺點?

上面介紹了swap的優點，那swap的缺點呢？swap是存放在磁盤上的，磁盤的速度和內存比較起來慢了好幾個數量級，如果不停的讀寫swap，那么對系統的性能肯定有影響，尤其是當系統內存很吃緊的時候，讀寫swap空間發生的頻率會很高，導致系統運行很慢，像死了一樣，這個時候添加物理內存是唯一的解決辦法。

由于系統會自動將不常用的內存數據移到swap上，對桌面程序來說，有可能會導致最小化一個程序后，再打開時小卡一下，因為需要將swap上的數據重新加載到內存中來。

到底要不要swap？

上面介紹了什么是swap以及它們的優缺點，那么到底要不要配置swap呢？答案是：看情況。

下面分別討論內存不夠用、內存勉強夠用和內存很充裕這三種情況下服務器和桌面環境對swap的選擇。

內存不夠用

不管是桌面還是服務器，當物理內存明顯不夠用，而又想跑程序的話，添加swap是唯一的選擇，慢點總比不能工作強。

內存勉強夠用

建議配置swap，這樣內核會將不常用的數據從內存移到swap上，從而有更多的物理內存供系統調用，提升系統性能，同時也避免因偶爾的物理內存不夠造成進程異常退出，提升系統穩定性，但對服務器來說，一定要限制或者監控swap空間的使用情況，當出現swap空間使用超預期或者swap in/out頻繁時，要及時采取措施，不然對性能影響很大

內存充裕

理論上來說，如果物理內存足夠多并且不需要休眠功能，那swap就沒什么用，可關鍵問題是我們很難保證物理內存在任何情況下都夠用，因為總有意想不到的情況發生，比如某些進程耗內存超預期，服務器壓力超預期，內存泄漏等。

在內存充裕的這種情況下，如果發生異常，swap能幫到我們嗎？

桌面環境

一般不會開什么監控功能，所以也沒法提前預知內存使用異常，當內存被用光的時候，分兩種情況：

• 配置了swap：在系統變慢的時候能感覺到，可能還有機會殺掉一些進程和保存當前工作進度，當然也會出現慢的想砸電腦的情況，不過在磁盤如此廉價的情況下，浪費點磁盤空間換取這樣的一個機會還是值得的。

• 沒有配置swap：內核的OOM killer被觸發，可能連保存工作進度的機會都沒有。

服務器環境

服務器一般都會配置監控程序，當內存用量達到一個閾值的時候告警或者會自動重啟異常的進程。但如果沒有監控呢？當內存被用光的時候，分兩種情況：

• 配置了swap：這時服務器還能提供服務，但性能會降低好幾個檔次，直到最終處于幾乎死機狀態，并且這一過程將持續很長一段時間，對服務器來說是個災難；所以配置swap只能讓服務再茍延殘喘一會兒，然后就是長時間的服務中斷(比如原來是每秒處理1000個請求的服務器，由于頻繁使用swap，導致現在每秒只能處理50個請求，站在系統角度，進程還在運行，但是在業務角度服務已經幾乎中斷了)。

• 沒配置swap：這時內核的OOM killer被觸發，在默認配置下，耗內存的進程會被優先kill掉，這種進程一般就是我們的業務進程，這時守護進程就會自動重啟該業務進程(沒有守護進程？開什么玩笑)，這種情況只會造成服務中斷一會會兒(取決于進程重啟的時間)，不會出現上面因配置了swap而導致性能很差且服務持續中斷的情況。就算OOM killer沒有kill掉預期的進程，我們通過測試也能發現，然后將OOM killer配置成重啟系統，那也比配置了swap在那里茍延殘喘的好。

從上面可以看出，對服務器來說，似乎不配置swap更好，可以讓有問題的進程盡快重啟，縮短業務受影響的時間。

并且，就算沒有配置監控程序，我們還有cgroups中的內存控制模塊，可以控制一組進程所能使用的最大內存數，當超過這個數的時候，可以觸發相應的行為，比如重啟進程等。

總的來說，對于桌面環境來說，一般內存沒有服務器端那么充裕，并且由于使用場景原因，會打開很多不同類型的GUI窗口，但前臺的進程只有一個，大部分都是在后臺待命，所以配置swap對提升性能還是有必要的；對于服務器來說，配置的內存都比較充裕，啟動起來的進程也都是要干活的進程(不然就不應該被啟動起來)，并且也沒有休眠的需求，再加上有了cgroups之后，可以更輕松的限制進程的內存使用，個人認為配置swap基本沒什么必要了，看看coreOS，默認就沒有swap。

swap大小配置多少比較合適？

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

• 當物理內存小于1G且不需要休眠時，設置和內存同樣大小的swap空間即可；當需要休眠時，建議配置兩倍物理內存的大小，但最大值不要超過兩倍內存大小

• 當物理內存大于1G且不需要休眠時，建議大小為round(sqrt(RAM))，其中RAM為物理內存大小；當需要休眠時，建議大小是RAM+round(sqrt(RAM))，但最大值不要超過兩倍內存大小

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

下面是詳細的不同物理內存情況下的建議，第一列是物理內存的大小，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，第四列是不要超過的最大值

物理內存(MB) 不需要休眠 需要休眠 最大值256 256 512 512512 512 1024 10241024 1024 2048 2048物理內存(GB) 不需要休眠 需要休眠 最大值1 1 2 22 1 3 43 2 5 64 2 6 85 2 7 106 2 8 128 3 11 1612 3 15 2416 4 20 3224 5 29 4832 6 38 6464 8 72 128128 11 139 256

怎么配置swap？

當我們確定好配置多大的swap空間后，具體應該怎么配置呢？當然可以在系統安裝的時候分配好，但如果對安裝時分配的大小不滿意，我們還可以在后面進行調整。在這里將不介紹安裝的時候怎么配，只介紹如何往系統中添加更多的swap空間。

Linux下有兩種類型的swap空間，swap分區和swap文件，他們有各自的特點：

• swap分區上面由于沒有文件系統，所以相當于內核直接訪問連續的磁盤空間，效率相對要高點，但由于swap分區一般安裝系統時就分配好了了，后期要縮減空間和擴容都很不方便。

• swap文件放在指定分區的文件系統里面，所以有可能受文件系統性能的影響，但據說2.6版本以后的內核可以直接訪問swap文件對應的物理磁盤地址，相當于跳過了文件系統直接訪問磁盤，不過如果swap文件在磁盤上的物理位置不連續時，還是會對性能產生不利影響，但其優點就是靈活，隨時可以增加和移除swap文件。

查看系統中已經配置的swap

使用命令swapon -s即可查看系統中在用的swap

dev@dev:~$ swapon -s Filename Type Size Used Priority /dev/dm-1 partition 524284 0 -1

如果配置有多個swap分區或者文件的話，這里將會有多行，每行代表一個正在被系統使用的swap分區或文件，下面是每個字段的意思：

• Filename：如果swap類型是分區，這里將是分區的路徑，如果swap類型是文件，這里將是文件的路徑

• Type：swap的類型，partition代表這是一個swap分區，file代表這是一個swap文件

• Size：swap的大小，單位是k，這里524284表示的差不多是512M

• Used：已經被使用的大小，這里0表示還沒有被使用到

• Priority：優先級，優先級高的swap將會被優先使用，同等優先級的swap將會被均勻的使用（round-robin算法），優先級可以通過“swapon -p”命令來設置

查看系統中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，對系統的性能影響越大，我們可以通過vmstat命令來查看swap in/out的頻率

#參數2表示每兩秒統計一次，si和so兩列就是每秒swap in和out的次數 dev@ubuntu:~$ vmstat 2 procs------------memory--------------swap----io-----system-----------cpu-----r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st0 0 70232 75620 7940 209476 0 0 0 0 111 180 0 1 99 0 00 0 70232 75620 7940 209476 0 0 0 0 116 186 1 1 99 0 00 0 70228 75620 7940 209476 2 0 2 0 120 193 1 1 98 1 00 0 70228 75620 7940 209476 0 0 0 0 117 186 0 0 100 0 00 0 70228 75620 7940 209476 0 0 0 0 113 184 0 1 99 0 0

添加swap分區

在添加swap分區前，首先得有一個空閑的分區，如果是一塊新的磁盤，可以用fdisk來創建一個新的分區用于swap。

注意：磁盤分區操作一定要小心，弄不好就會造成數據丟失、系統掛掉的后果。磁盤分區操作不是本篇要介紹的內容，所以這里不會討論fdisk怎么用。

#本篇使用的測試環境是虛擬機，/dev/sdb是一塊新加的硬盤并且已經用fdisk創建好了一個分區 #本例中將使用/dev/sdb1這個分區 dev@dev:~$ sudo fdisk -l /dev/sdb Device Boot Start End Sectors Size Id Type /dev/sdb1 2048 4194303 4192256 2G 83 Linux#創建swap分區 dev@dev:~$ sudo mkswap /dev/sdb1 Setting up swapspace version 1, size = 2 GiB (2146430976 bytes) no label, UUID=d69621de-618a-4bea-9a96-b8e8b0d0ea40#查看系統中現在正在使用的swap，以便于和添加后做比較 dev@dev:~$ swapon -s Filename Type Size Used Priority /dev/dm-1 partition 524284 0 -1#將新的分區加入到系統中 dev@dev:~$ sudo swapon /dev/sdb1#這時候可以看到新的swap分區已經被加入到系統中了，并且優先級比原來的要低 dev@dev:~$ swapon -s Filename Type Size Used Priority /dev/dm-1 partition 524284 0 -1 /dev/sdb1 partition 2096124 0 -2#為了保證系統重啟后會自動加載我們新的swap分區，需要修改/etc/fstab文件 dev@dev:~$ sudo sh -c 'echo "/dev/sdb1 none swap sw 0 0" >> /etc/fstab' #查看一下，確保寫入成功，這里的第一條是原來的系統的swap分區，第二條是我們剛添加的 dev@dev:~$ grep swap /etc/fstab /dev/mapper/dev--vg-swap_1 none swap sw 0 0 /dev/sdb1 none swap sw 0 0

添加swap文件

添加swap文件就簡單多了，也沒有分區操作那么有風險。

#先創建一個新的512M的文件，用來作為swap文件，文件路徑可以隨便 #fallocate這個命令依賴于文件系統，有些老的文件系統不支持這個命令，比如ext2， #這種情況下可以用dd來實現同樣的效果： #sudo dd if=/dev/zero of=/mnt/512MiB.swap bs=1024 count=524288 #fallocate和dd的區別在于： #fallocate是先聲明這么多，然后在具體用到的時候文件系統才分配真正的物理磁盤空間，就是用一點分配一點， #而dd是一開始就實實在在的寫了512m的數據到物理磁盤空間。 #所以作為測試來說fallocate方便些，因為剛開始不用寫任何數據，要快 dev@dev:~$ sudo fallocate -l 512m /mnt/512MiB.swap#修改文件的權限，避免其他用戶對這個文件進行誤操作 dev@dev:~$ sudo chmod 600 /mnt/512MiB.swap#格式化為swap文件 dev@dev:~$ sudo mkswap /mnt/512MiB.swap#將新的文件加入到系統中 dev@dev:~$ sudo swapon /mnt/512MiB.swap#這時候可以看到新的swap文件已經被加入到系統中了，類型為file #這里可以看到由于優先級最高，第一個swap分區/dev/dm-1已經被使用了24K dev@dev:~$ swapon -s Filename Type Size Used Priority /dev/dm-1 partition 524284 24 -1 /dev/sdb1 partition 2096124 0 -2 /mnt/512MiB.swap file 524284 0 -3#從free命令的輸出可以看到，經過前面兩輪添加swap分區和文件， #現在系統的交換空間已經變成3G(3144692K)了 dev@dev:~$ freetotal used free shared buff/cache available Mem: 500192 39112 9564 1996 451516 430820 Swap: 3144692 24 3144668#同樣為了保證系統重啟后會自動加載我們新的swap文件，需要修改/etc/fstab文件 dev@dev:~$ sudo sh -c 'echo "/mnt/512MiB.swap none swap sw 0 0" >> /etc/fstab' 注意：不是所有的文件系統都支持創建swap文件，如btrfs，在btrfs分區里創建swap文件將失敗。

取消所有的swap

如果經過深思熟慮之后，確定不再需要swap，那么可以將所有的swap分區和文件從系統中移除，步驟和上面的剛好相反

#停掉所有系統正在使用的swap dev@dev:~$ sudo swapoff -a#swapon -s命令沒有任何輸出，free命令顯示swap空間為0，說明swapoff成功 dev@dev:~$ swapon -s dev@dev:~$ freetotal used free shared buff/cache available Mem: 500192 35924 348888 2004 115380 433924 Swap: 0 0 0#當然我們還需要修改/etc/fstab，否則下次重啟后，系統又會重新掛載相應的swap分區和文件 #使用自己喜歡的編輯器，將/etc/fstab中跟swap相關的三行刪掉即可(本例中是三行，請根據實際情況調整)

如何優化swap性能?

怎么配置swap可以讓它的性能更好呢？

• 盡量使用swap分區，相對于swap文件來說，分區肯定是連續的物理磁盤空間，而swap文件有可能不是

• 將swap分區和系統所在的分區放在不同的磁盤上，這樣就不會和系統盤搶同一個磁盤的I/O帶寬

• 如果有多塊磁盤的話，可以在每個盤上創建一個swap分區，并且將它們的優先級設置的一樣，這樣內核就會平均的訪問這些swap分區，性能相當于原來的N倍(這里N是磁盤的數量)

不過話又說回來了，如果頻繁的訪問swap的話，怎么優化swap都沒用，跟內存比還是低幾個數量級，性能還是下降的厲害，如果不頻繁訪問swap的話，優化swap又有啥意義呢？所以其實優化swap性能的實際意義不大，這里了解一下就好。

配置swappiness

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

Ubuntu的desktop和server的默認配置都是60(可能會隨著版本變化)，對于桌面環境來說，界面的響應速度直接關系到系統的流暢程度，如果內存比較充裕的話，可以將這個值設置的小一點，這樣就盡可能的把數據留在內存中，從而喚醒后臺界面程序會更快一些，Ubuntu desktop建議將該值設置為10，當然大家可以根據swap空間的實際使用情況，任意調整這個參數，直到自己滿意的水平為止。對于服務器來說，主要性能衡量標準是整體的處理能力，而不是具體某一次的響應速度，能把更多的內存用來做I/O cache可能效果更好，所以Ubuntu server建議保持60的默認值。

• 查看當前系統中swappiness的值

dev@dev:~$ cat /proc/sys/vm/swappiness 60

• 修改當前系統中swappiness的值

dev@dev:~$ sudo sysctl vm.swappiness=10 vm.swappiness = 10 dev@dev:~$ cat /proc/sys/vm/swappiness 10

上面通過sysctl修改的swappiness值在系統重啟后會失效，要想重啟后繼續生效，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

參考文章：Linux交換空間（swap space）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 交换内存空间原理（swap）（Linux内存管理）（cgroups）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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