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关于Linux系统的swap交换空间

简介: 用 Ubuntu 已经将近 1 年了,最近重装了 16.04 之后,每天到下午 5 点左右,都会发现 Swap 交换空间有几百兆的写入,系统内存 8G,硬盘是 SSD,i5 处理器,配置中档,也没有启动什么大型软件,就是用 IDEA 做开发,虽然没有影响,但本着一颗求知的心,google 一下,第一篇是 《All about Linux swap space》,口气很大,直接翻译了。
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你好,我是看山。


用 Ubuntu 已经将近 1 年了,最近重装了 16.04 之后,每天到下午 5 点左右,都会发现 Swap 交换空间有几百兆的写入,系统内存 8G,硬盘是 SSD,i5 处理器,配置中档,也没有启动什么大型软件,就是用 IDEA 做开发,虽然没有影响,但本着一颗求知的心,google 一下,第一篇是 《All about Linux swap space》,口气很大,直接翻译了。


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Linux 将随机存储 RAM 称为内存页。交换技术就是将一页内存复制到预先设定的硬盘上的交换空间,来释放该页占用内存。物理内存和交换空间的和就是可提供的虚拟内存的总量。

有两个原因证明交换技术是很重要的。首先,系统需要的内存量比物理内存更大时,系统内核可以把较少使用的内存页写到交换空间,把空闲出来的内存给当前的应用程序(进程)使用。其次,一个应用启动时使用的内存页,可能只是在初始化时使用,之后不会再用,操作系统就可以把这部分内存页写入交换空间,把空闲出来的内存给其他应用使用或作为磁盘高速缓存。

但是,交换技术也有负面作用。相对于内存,硬盘读写速度慢。内存的读写速度可以使用纳秒衡量,但是硬盘的速度只能达到毫秒级,访问硬盘的速度比访问内存的速度慢成千上万倍。发生的交换越多,系统运行越慢。有时候会有过度的交换或内存页频繁的写入写出的抖动发生,因为系统既要保证应用正常运行,又要寻找空闲的内存。这种情况下,只能通过增加 RAM 来解决。

Linux 有两种形式的交换空间:交换分区和交换文件。交换分区就是一个独立的硬盘,没有文件或内容。交换文件是文件系统中的一个特殊文件,独立于系统和数据文件之外。

可以使用swapon -s命令查看 swap 空间,输出如下:

Filename  Type       Size       Used Priority
/dev/sda5 partition  859436  0       -1

每一行列出的都是系统正在使用的交换空间。这里的’Type’字段表明该交换空间是一个分区而不是文件,通过’Filename’可以知道交换分区是磁盘 sda5。'Size’字段磁盘大小,单位是 KB,'Used’字段是表示有多少交换空间被使用。'Priority’字段表示 Linux 系统的交换空间使用优先级。有一个重要的特性,如果在 Linux 系统中挂载两个(或更多)具有相同优先级的交换空间(最好是两个不同的设备),Linux 将交替使用,可以提升交换性能。


交换分区

要为系统添加一个额外的交换分区,首先你需要准备一个。第一步是确保分区标记为交换分区,第二步是将格式设置为 swap 文件系统。将分区标记为 swap 分区,以 root 权限运行:


fdisk -l /dev/hdb

将’/dev/hdb’替换为你的交换分区的磁盘。输出类似于:


Device Boot    Start      End           Blocks  Id      System
/dev/hdb1       2328    2434    859446  82      Linux swap / Solaris

如果分区没有标记为 swap 分区,你需要使用命令fdisk及参数 t 来声明。操作分区时要小心,你绝对不想删除重要的分区或把系统分区的标识改错。交换分区上的数据会丢失,所以每次改动都需要多次确认。还需要注意的是,Solaris 使用相同的 ID 作为 Linux 交换空间,所以需要小心不要杀掉 Solaris 分区。

如果分区已经标记为 swap 分区,就需要通过 root 权限运行mkswap命令:


mkswap /dev/hdb1

如果运行没有错误,你的交换空间就开始使用。立即激活:


swapon /dev/hdb1

可以通过swapon -s来确认是否运行。为了在系统启动时自动挂载 swap 空间,需要在’/etc/fstab’文件中添加一些列的配置,swap 空间是特殊的文件系统,许多参数不可用。比如:


/dev/hdb1       none    swap    sw      0       0

检查你的交换空间是无需重新启动,你可以运行swapoff -a命令,然后运行swapon -a,再通过swapon -s检查。


交换文件

和交换分区类似,Linux 也支持使用交换文件,你可以创建、准备,以交换分区的方式挂载。交换文件的好处是,你不需要找一个空的分区或添加额外的交换分区磁盘。


使用dd命令创建一个空文件。创建一个 1G 的文件,比如:


dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1024 count=1048576

'/swapfile’是交换文件的名字,'count’的 1048576 是文件大小,单位 KB。

准备交换文件使用mkswap命令,类似于准备分区,不过这次是使用同一个交换文件:


mkswap /swapfile

同样的,挂载交换文件使用swapon命令:


swapon /swapfile

在’/etc/fstab’中输入下面的内容:


/swapfile       none    swap    sw      0       0

交换空间的大小

如果你有很大的内存,有可能没有交换空间,系统也能运行良好。但是如果物理内存耗光,系统就会崩溃,因为它没有其他缓解方式,所以最好还是提供一个交换空间,更何况磁盘比内存便宜很多。

关键的问题是内存空间多大?老版的类 UNIX 操作系统要求交换空间是物理内存的两到三倍。现在的扩展版(比如 Linux)不需要这么多,但是如果你配置这些,他们也会使用。重要的原则如下:


对于桌面系统,使用系统内存的两倍的交换空间,将可以运行大量的应用程序(其中可能有很多闲置的),使更多的 RAM 用于主要的应用;

对于服务器,使用小量的交换空间(通常是物理内存的一半),这样你就可以通过监控交换空间的大小来预警是否需要增加 RAM;

对于老式台式机,使用尽可能大的交换空间

Linux 2.6 内核中增加一个新的内核参数’swappiness’,管理员可以通过该参数修改 Linux 交换方式。参数值从 0 到 100. 从本质上说,值越大,将引起越多内存页发生交换;值越小,就有越多的应用驻留在内存中,而交换空间是空闲的。内核维护者 Andrew Morton 说过,他在他的台式机中设置 swappiness 值是 100,说:“我的观点是,通过内核参数降低交换是错误的。你不需要几百兆的无用应用占用内存。把它放在磁盘上,把内存留给有用的东西。”

Morton 的想法有一个漏洞,如果内存交换太快,应用响应就会下降,因为当应用窗口被点击时,应用正在从交换空间读入内存,就会感觉运行很慢。

默认的’swappiness’值是 60。你可以使用 root 命令调整参数(作用到重启):


echo 50 > /proc/sys/vm/swappiness

如果你需要使参数永久有效,就需要修改’/etc/sysctl.conf’中的’vm.swappiness’参数。


结论

管理交换空间是系统管理的一个重要方面。有了良好的规划和合理的使用交换技术可以有很多好处。不要害怕实验,并且经常监控你的系统,以确保你得到你需要的结果。


写在最后

就目前来说,内存和 SSD 都开始降价,基本上很轻松就能把机器攒到 8G(RAM)+120G(SSD),这样的话,就个人用户的桌面系统而言,交换空间的作用被大大削弱,但是正如上面说的,如果没有交换空间,内存耗光的时候,机器就挂了。因为 SSD 不建议分多个分区,所以使用 swap file 的方式比较好,而且还可以多建几个 swap file 文件,提升交换性能。


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