Linux交換空間（swap space）
每次安裝Linux的時候，都會要求配置交換分區，那麼這個分區是幹嗎的呢？不設置這個分區有什麼後果？若是必定要設置，設置多大比較合適？本篇將試圖回答這些問題並儘可能覆蓋全部swap相關的知識。linux
下面的全部例子都在ubuntu-server-x86_64 16.04下執行經過算法
什麼是swap?
swap space是磁盤上的一塊區域，能夠是一個分區，也能夠是一個文件，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爲各個進程服務，而當系統須要訪問swap上存儲的內容時，再將swap上的數據加載到內存中，這就是咱們常說的swap out和swap in。ubuntu
爲何須要swap?
要回答這個問題，就須要回答swap給咱們帶來了哪些好處。segmentfault
對於一些大型的應用程序(如LibreOffice、video editor等)，在啓動的過程當中會使用大量的內存，但這些內存不少時候只是在啓動的時候用一下，後面的運行過程當中不多再用到這些內存。有了swap後，系統就能夠將這部分不這麼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。bash
不少發行版(如ubuntu)的休眠功能依賴於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，等下次系統啓動的時候，再將數據加載到內存中，這樣能夠加快系統的啓動速度，因此若是要使用休眠的功能，必需要配置swap分區，而且大小必定要大於等於物理內存服務器
在某些狀況下，物理內存有限，但又想運行耗內存的程序怎麼辦？這時能夠經過配置足夠的swap空間來達到目標，雖然慢一點，但至少能夠運行。app
雖然大部分狀況下，物理內存都是夠用的，可是總有一些意想不到的情況，好比某個進程須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掉或者系統直接重啓（默認狀況是優先kill耗內存最多的那個進程），不過有了swap後，能夠拿swap當內存用，雖然速度慢了點，但至少給了咱們一個去debug、kill進程或者保存當前工做進度的機會。編輯器
若是看過Linux內存管理，就會知道系統會盡量多的將空閒內存用於cache，以加快系統的I/O速度，因此若是能將不怎麼經常使用的內存數據移動到swap上，就會有更多的物理內存用於cache，從而提升系統總體性能。ide
swap的缺點?
上面介紹了swap的優勢，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，若是不停的讀寫swap，那麼對系統的性能確定有影響，尤爲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，致使系統運行很慢，像死了同樣，這個時候添加物理內存是惟一的解決辦法。性能
因爲系統會自動將不經常使用的內存數據移到swap上，對桌面程序來講，有可能會致使最小化一個程序後，再打開時小卡一下，由於須要將swap上的數據從新加載到內存中來。
到底要不要swap？
上面介紹了什麼是swap以及它們的優缺點，那麼到底要不要配置swap呢？答案是：看狀況。
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狀況下服務器和桌面環境對swap的選擇。
內存不夠用
無論是桌面仍是服務器，當物理內存明顯不夠用，而又想跑程序的話，添加swap是惟一的選擇，慢點總比不能工做強。
內存勉強夠用
建議配置swap，這樣內核會將不經常使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，提高系統性能，同時也避免因偶爾的物理內存不夠形成進程異常退出，提高系統穩定性，但對服務器來講，必定要限制或者監控swap空間的使用狀況，當出現swap空間使用超預期或者swap in/out頻繁時，要及時採起措施，否則對性能影響很大
內存充裕
理論上來講，若是物理內存足夠多而且不須要休眠功能，那swap就沒什麼用，可關鍵問題是咱們很難保證物理內存在任何狀況下都夠用，由於總有意想不到的狀況發生，好比某些進程耗內存超預期，服務器壓力超預期，內存泄漏等。
在內存充裕的這種狀況下，若是發生異常，swap能幫到咱們嗎？
桌面環境
通常不會開什麼監控功能，因此也無法提早預知內存使用異常，當內存被用光的時候，分兩種狀況：
配置了swap：在系統變慢的時候能感受到，可能還有機會殺掉一些進程和保存當前工做進度，固然也會出現慢的想砸電腦的狀況，不過在磁盤如此廉價的狀況下，浪費點磁盤空間換取這樣的一個機會仍是值得的。
沒有配置swap：內核的OOM killer被觸發，可能連保存工做進度的機會都沒有。
服務器環境
服務器通常都會配置監控程序，當內存用量達到一個閾值的時候告警或者會自動重啓異常的進程。但若是沒有監控呢？當內存被用光的時候，分兩種狀況：
配置了swap：這時服務器還能提供服務，但性能會下降好幾個檔次，直到最終處於幾乎死機狀態，而且這一過程將持續很長一段時間，對服務器來講是個災難；因此配置swap只能讓服務再苟延殘喘一下子，而後就是長時間的服務中斷(好比原來是每秒處理1000個請求的服務器，因爲頻繁使用swap，致使如今每秒只能處理50個請求，站在系統角度，進程還在運行，可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，這種進程通常就是咱們的業務進程，這時守護進程就會自動重啓該業務進程(沒有守護進程？開什麼玩笑)，這種狀況只會形成服務中斷一會會兒(取決於進程重啓的時間)，不會出現上面因配置了swap而致使性能不好且服務持續中斷的狀況。就算OOM killer沒有kill掉預期的進程，咱們經過測試也能發現，而後將OOM killer配置成重啓系統，那也比配置了swap在那裏苟延殘喘的好。
從上面能夠看出，對服務器來講，彷佛不配置swap更好，可讓有問題的進程儘快重啓，縮短業務受影響的時間。
而且，就算沒有配置監控程序，咱們還有cgroups中的內存控制模塊，能夠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，能夠觸發相應的行爲，好比重啓進程等。
總的來講，對於桌面環境來講，通常內存沒有服務器端那麼充裕，而且因爲使用場景緣由，會打開不少不一樣類型的GUI窗口，但前臺的進程只有一個，大部分都是在後臺待命，因此配置swap對提高性能仍是有必要的；對於服務器來講，配置的內存都比較充裕，啓動起來的進程也都是要幹活的進程(否則就不該該被啓動起來)，而且也沒有休眠的需求，再加上有了cgroups以後，能夠更輕鬆的限制進程的內存使用，我的認爲配置swap基本沒什麼必要了，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，那麼配置多少大小的swap比較合適呢？下面是ubuntu給出的建議：
當物理內存小於1G且不須要休眠時，設置和內存一樣大小的swap空間便可；當須要休眠時，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
當物理內存大於1G且不須要休眠時，建議大小爲round(sqrt(RAM))，其中RAM爲物理內存大小；當須要休眠時，建議大小是RAM+round(sqrt(RAM))，但最大值不要超過兩倍內存大小
若是兩倍物理內存大小的swap空間還不夠用，建議增長內存而不是增長swap
下面是詳細的不一樣物理內存狀況下的建議，第一列是物理內存的大小，第二列和第三列是不須要和須要休眠兩種狀況下推薦的大小，第四列是不要超過的最大值
物理內存(MB) 不須要休眠 須要休眠 最大值 256 256 512 512 512 512 1024 1024 1024 1024 2048 2048 物理內存(GB) 不須要休眠 須要休眠 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
怎麼配置swap？
當咱們肯定好配置多大的swap空間後，具體應該怎麼配置呢？固然能夠在系統安裝的時候分配好，但若是對安裝時分配的大小不滿意，咱們還能夠在後面進行調整。在這裏將不介紹安裝的時候怎麼配，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，他們有各自的特色：
swap分區上面因爲沒有文件系統，因此至關於內核直接訪問連續的磁盤空間，效率相對要高點，但因爲swap分區通常安裝系統時就分配好了了，後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裏面，因此有可能受文件系統性能的影響，但聽說2.6版本之後的內核能夠直接訪問swap文件對應的物理磁盤地址，至關於跳過了文件系統直接訪問磁盤，不過若是swap文件在磁盤上的物理位置不連續時，仍是會對性能產生不利影響，但其優勢就是靈活，隨時能夠增長和移除swap文件。
查看系統中已經配置的swap
使用命令swapon -s便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
若是配置有多個swap分區或者文件的話，這裏將會有多行，每行表明一個正在被系統使用的swap分區或文件，下面是每一個字段的意思：
Filename：若是swap類型是分區，這裏將是分區的路徑，若是swap類型是文件，這裏將是文件的路徑
Type：swap的類型，partition表明這是一個swap分區，file表明這是一個swap文件
Size：swap的大小，單位是k，這裏524284表示的差很少是512M
Used：已經被使用的大小，這裏0表示尚未被使用到
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），優先級能夠經過「swapon -p」命令來設置
查看系統中swap in/out的狀況
並非swap空間佔用多就必定性能降低，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，咱們能夠經過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 st 0 0 70232 75620 7940 209476 0 0 0 0 111 180 0 1 99 0 0 0 0 70232 75620 7940 209476 0 0 0 0 116 186 1 1 99 0 0 0 0 70228 75620 7940 209476 2 0 2 0 120 193 1 1 98 1 0 0 0 70228 75620 7940 209476 0 0 0 0 117 186 0 0 100 0 0 0 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，首先得有一個空閒的分區，若是是一塊新的磁盤，能夠用fdisk來建立一個新的分區用於swap。
注意：磁盤分區操做必定要當心，弄很差就會形成數據丟失、系統掛掉的後果。磁盤分區操做不是本篇要介紹的內容，因此這裏不會討論fdisk怎麼用。
#本篇使用的測試環境是虛擬機，/dev/sdb是一塊新加的硬盤而且已經用fdisk建立好了一個分區 #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 #建立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 #查看系統中如今正在使用的swap，以便於和添加後作比較 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 #這時候能夠看到新的swap分區已經被加入到系統中了，而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 #爲了保證系統重啓後會自動加載咱們新的swap分區，須要修改/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，這裏的第一條是原來的系統的swap分區，第二條是咱們剛添加的 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，也沒有分區操做那麼有風險。
#先建立一個新的512M的文件，用來做爲swap文件，文件路徑能夠隨便
#fallocate這個命令依賴於文件系統，有些老的文件系統不支持這個命令，好比ext2，
#這種狀況下能夠用dd來實現一樣的效果：
#sudo dd if=/dev/zero of=/mnt/512MiB.swap bs=1024 count=524288
#fallocate和dd的區別在於：
#fallocate是先聲明這麼多，而後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。
#因此做爲測試來講fallocate方便些，由於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，避免其餘用戶對這個文件進行誤操做
dev@dev:~$ sudo chmod 600 /mnt/512MiB.swap
#格式化爲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
#這時候能夠看到新的swap文件已經被加入到系統中了，類型爲file
#這裏能夠看到因爲優先級最高，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命令的輸出能夠看到，通過前面兩輪添加swap分區和文件，
#如今系統的交換空間已經變成3G(3144692K)了
dev@dev:~$ free
total used free shared buff/cache available
Mem: 500192 39112 9564 1996 451516 430820
Swap: 3144692 24 3144668
#一樣爲了保證系統重啓後會自動加載咱們新的swap文件，須要修改/etc/fstab文件
dev@dev:~$ sudo sh -c 'echo "/mnt/512MiB.swap none swap sw 0 0" >> /etc/fstab'
注意：不是全部的文件系統都支持建立swap文件，如btrfs，在btrfs分區裏建立swap文件將失敗。
取消全部的swap
若是通過深思熟慮以後，肯定再也不須要swap，那麼能夠將全部的swap分區和文件從系統中移除，步驟和上面的恰好相反
#停掉全部系統正在使用的swap
dev@dev:~$ sudo swapoff -a
#swapon -s命令沒有任何輸出，free命令顯示swap空間爲0，說明swapoff成功
dev@dev:~$ swapon -s
dev@dev:~$ free
total used free shared buff/cache available
Mem: 500192 35924 348888 2004 115380 433924
Swap: 0 0 0
#固然咱們還須要修改/etc/fstab，不然下次重啓後，系統又會從新掛載相應的swap分區和文件
#使用本身喜歡的編輯器，將/etc/fstab中跟swap相關的三行刪掉便可(本例中是三行，請根據實際狀況調整)
如何優化swap性能?
怎麼配置swap可讓它的性能更好呢？
儘可能使用swap分區，相對於swap文件來講，分區確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一樣的磁盤上，這樣就不會和系統盤搶同一個磁盤的I/O帶寬
若是有多塊磁盤的話，能夠在每一個盤上建立一個swap分區，而且將它們的優先級設置的同樣，這樣內核就會平均的訪問這些swap分區，性能至關於原來的N倍(這裏N是磁盤的數量)
不過話又說回來了，若是頻繁的訪問swap的話，怎麼優化swap都沒用，跟內存比仍是低幾個數量級，性能仍是降低的厲害，若是不頻繁訪問swap的話，優化swap又有啥意義呢？因此其實優化swap性能的實際意義不大，這裏瞭解一下就好。
配置swappiness
有時咱們桌面環境確實配置了比較充裕的內存，而且也配置了swap空間，這個時候就但願儘可能減小swap空間的使用，避免對系統性能形成影響，Linux早就幫咱們考慮到這種狀況了，在2.6內核中，增長了一個叫作swappiness的參數，用於配置須要將內存中不經常使用的數據移到swap中去的緊迫程度。這個參數的取值範圍是0～100，0告訴內核儘量的不要將內存數據移到swap中，也即只有在無可奈何的狀況下才這麼作，而100告訴內核只要有可能，儘可能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(可能會隨着版本變化)，對於桌面環境來講，界面的響應速度直接關係到系統的流暢程度，若是內存比較充裕的話，能夠將這個值設置的小一點，這樣就儘量的把數據留在內存中，從而喚醒後臺界面程序會更快一些，Ubuntu desktop建議將該值設置爲10，固然你們能夠根據swap空間的實際使用狀況，任意調整這個參數，直到本身滿意的水平爲止。對於服務器來講，主要性能衡量標準是總體的處理能力，而不是具體某一次的響應速度，能把更多的內存用來作I/O cache可能效果更好，因此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
上面經過sysctl修改的swappiness值在系統重啓後會失效，要想重啓後繼續生效，須要修改配置文件/etc/sysctl.conf，將下面這行修改爲10，若是文件中找不到這行的話，在文件末位加上這行就能夠了
vm.swappiness=10
參考
- 1. linux 交換空間（space space）詳解
- 2. CentOS 新增swap交換空間
- 3. 添加liunx交換空間swap
- 4. 擴容swap交換分區空間
- 5. 怎樣設置Linux系統的Swap交換空間
- 6. Linux下的Swap(交換空間)的介紹
- 7. linux-新建磁盤分區做爲swap交換空間
- 8. 增長linux交換空間
- 9. 【Linux】擴展交換空間
- 10. Linux增長swap空間
- 更多相關文章...
- • XML 命名空間 - XML 教程
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- • 爲了進字節跳動，我精選了29道Java經典算法題，帶詳細講解
- • Docker容器實戰(七) - 容器眼光下的文件系統
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每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。