linux swap分区原理

swap介绍

Swap，即交换区，除了安装Linux的时候，有多少人关心过它呢？其实，Swap的调整对Linux服务器，特别是Web服务器的性能至关重要。通过调整Swap，有时可以越过系统性能瓶颈，节省系统升级费用。

本文内容包括：

Swap基本原理

突破128M Swap限制

Swap配置对性能的影响

Swap性能监视

有关Swap *** 作的系统命令

Swap基本原理

Swap的原理是一个较复杂的问题，需要大量的篇幅来说明。在这里只作简单的介绍，在以后的文章中将和大家详细讨论Swap实现的细节。

众所周知，现代 *** 作系统都实现了“虚拟内存”这一技术，不但在功能上突破了物理内存的限制，使程序可以 *** 纵大于实际物理内存的空间，更重要的是，“虚拟内存”是隔离每个进程的安全保护网，使每个进程都不受其它程序的干扰。

Swap空间的作用可简单描述为：当系统的物理内存不够用的时候，就需要将物理内存中的一部分空间释放出来，以供当前运行的程序使用。那些被释放的空间可能来自一些很长时间没有什么 *** 作的程序，这些被释放的空间被临时保存到Swap空间中，等到那些程序要运行时，再从Swap中恢复保存的数据到内存中。这样，系统总是在物理内存不够时，才进行Swap交换。

计算机用户会经常遇这种现象。例如，在使用Windows系统时，可以同时运行多个程序，当你切换到一个很长时间没有理会的程序时，会听到硬盘“哗哗”直响。这是因为这个程序的内存被那些频繁运行的程序给“偷走”了，放到了Swap区中。因此，一旦此程序被放置到前端，它就会从Swap区取回自己的数据，将其放进内存，然后接着运行。

需要说明一点，并不是所有从物理内存中交换出来的数据都会被放到Swap中（如果这样的话，Swap就会不堪重负），有相当一部分数据被直接交换到文件系统。例如，有的程序会打开一些文件，对文件进行读写（其实每个程序都至少要打开一个文件，那就是运行程序本身），当需要将这些程序的内存空间交换出去时，就没有必要将文件部分的数据放到Swap空间中了，而可以直接将其放到文件里去。如果是读文件 *** 作，那么内存数据被直接释放，不需要交换出来，因为下次需要时，可直接从文件系统恢复；如果是写文件，只需要将变化的数据保存到文件中，以便恢复。但是那些用malloc和new函数生成的对象的数据则不同，它们需要Swap空间，因为它们在文件系统中没有相应的“储备”文件，因此被称作“匿名”(Anonymous)内存数据。这类数据还包括堆栈中的一些状态和变量数据等。所以说，Swap空间是“匿名”数据的交换空间。

突破128M Swap限制

经常看到有些Linux（国内汉化版）安装手册上有这样的说明：Swap空间不能超过128M。为什么会有这种说法？在说明“128M”这个数字的来历之前，先给问题一个回答：现在根本不存在128M的限制！现在的限制是2G！

Swap空间是分页的，每一页的大小和内存页的大小一样，方便Swap空间和内存之间的数据交换。旧版本的Linux实现Swap空间时，用Swap空间的第一页作为所有Swap空间页的一个“位映射”（Bit map）。这就是说第一页的每一位，都对应着一页Swap空间。如果这一位是1，表示此页Swap可用；如果是0，表示此页是坏块，不能使用。这么说来，第一个Swap映射位应该是0，因为，第一页Swap是映射页。另外，最后10个映射位也被占用，用来表示Swap的版本（原来的版本是Swap_space ，现在的版本是swapspace2）。那么，如果说一页的大小为s，这种Swap的实现方法共能管理“8 * ( s - 10 ) - 1”个Swap页。对于i386系统来说s=4096，则空间大小共为133890048，如果认为1 MB=2^20 Byte的话，大小正好为128M。

之所以这样来实现Swap空间的管理，是要防止Swap空间中有坏块。如果系统检查到Swap中有坏块，则在相应的位映射上标记上0，表示此页不可用。这样在使用Swap时，不至于用到坏块，而使系统产生错误。

现在的系统设计者认为：

现在硬盘质量很好，坏块很少。

就算有，也不多，只需要将坏块罗列出来，而不需要为每一页建立映射。

如果有很多坏块，就不应该将此硬盘作为Swap空间使用。

于是，现在的Linux取消了位映射的方法，也就取消了128M的限制。直接用地址访问，限制为2G。

Swap配置对性能的影响

分配太多的Swap空间会浪费磁盘空间，而Swap空间太少，则系统会发生错误。

如果系统的物理内存用光了，系统就会跑得很慢，但仍能运行；如果Swap空间用光了，那么系统就会发生错误。例如，Web服务器能根据不同的请求数量衍生出多个服务进程（或线程），如果Swap空间用完，则服务进程无法启动，通常会出现“application is out of memory”的错误，严重时会造成服务进程的死锁。因此Swap空间的分配是很重要的。

通常情况下，Swap空间应大于或等于物理内存的大小，最小不应小于64M，通常Swap空间的大小应是物理内存的2-2.5倍。但根据不同的应用，应有不同的配置：如果是小的桌面系统，则只需要较小的Swap空间，而大的服务器系统则视情况不同需要不同大小的Swap空间。特别是数据库服务器和Web服务器，随着访问量的增加，对Swap空间的要求也会增加，具体配置参见各服务器产品的说明。

另外，Swap分区的数量对性能也有很大的影响。因为Swap交换的 *** 作是磁盘IO的 *** 作，如果有多个Swap交换区，Swap空间的分配会以轮流的方式 *** 作于所有的Swap，这样会大大均衡IO的负载，加快Swap交换的速度。如果只有一个交换区，所有的交换 *** 作会使交换区变得很忙，使系统大多数时间处于等待状态，效率很低。用性能监视工具就会发现，此时的CPU并不很忙，而系统却慢。这说明，瓶颈在IO上，依靠提高CPU的速度是解决不了问题的。

系统性能监视

Swap空间的分配固然很重要，而系统运行时的性能监控却更加有价值。通过性能监视工具，可以检查系统的各项性能指标，找到系统性能的瓶颈。本文只介绍一下在Solaris下和Swap相关的一些命令和用途。

最常用的是Vmstat命令（在大多数Unix平台下都有这样一些命令），此命令可以查看大多数性能指标。

例如：

vmstat 3  

procs memory swap io system cpu  

r b w swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id  0 0 0 0 93880 3304 19372 0 0 10 2 131 10 0 0 99  

0 0 0 0 93880 3304 19372 0 0 0 0 109 8 0 0 100  

0 0 0 0 93880 3304 19372 0 0 0 0 112 6 0 0 100  

…………  

1234567

命令说明：

vmstat 后面的参数指定了性能指标捕获的时间间隔。3表示每三秒钟捕获一次。第一行数据不用看，没有价值，它仅反映开机以来的平均性能。从第二行开始，反映每三秒钟之内的系统性能指标。这些性能指标中和Swap有关的包括以下几项：

procs下的w

它表示当前（三秒钟之内）需要释放内存、交换出去的进程数量。

memory下的swpd

它表示使用的Swap空间的大小。

Swap下的si，so

si表示当前（三秒钟之内）每秒交换回内存（Swap in）的总量，单位为kbytes；so表示当前（三秒钟之内）每秒交换出内存（Swap out）的总量，单位为kbytes。

以上的指标数量越大，表示系统越忙。这些指标所表现的系统繁忙程度，与系统具体的配置有关。系统管理员应该在平时系统正常运行时，记下这些指标的数值，在系统发生问题的时候，再进行比较，就会很快发现问题，并制定本系统正常运行的标准指标值，以供性能监控使用。

另外，使用Swapon-s也能简单地查看当前Swap资源的使用情况。例如：

` swapon -s ` Filename Type Size Used Priority  

/dev/hda9 partition 361420 0 3  

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能够方便地看出Swap空间的已用和未用资源的大小。

应该使Swap负载保持在30%以下，这样才能保证系统的良好性能。

有关Swap *** 作的系统命令

增加Swap空间，分以下几步：

1)成为超级用户

$su - root

2)创建Swap文件

# dd if=/dev/zero of=swapfile bs=1024 count=65536

创建一个有连续空间的交换文件。

3)激活Swap文件

#/usr/sbin/swapon swapfile

swapfile指的是上一步创建的交换文件。 4)现在新加的Swap文件已经起作用了，但系统重新启动以后，并不会记住前几步的 *** 作。因此要在/etc/fstab文件中记录文件的名字，和Swap类型，如：

/path/swapfile none Swap sw,pri=3 0 0

5)检验Swap文件是否加上

/usr/sbin/swapon -s

删除多余的Swap空间。

1)成为超级用户

2)使用Swapoff命令收回Swap空间。

#/usr/sbin/swapoff swapfile

3)编辑/etc/fstab文件，去掉此Swap文件的实体。

4)从文件系统中回收此文件。

#rm swapfile

5)当然，如果此Swap空间不是一个文件，而是一个分区，则需创建一个新的文件系统，再挂接到原来的文件系统上。

1、首先是对于CPU的说明

服务器CPU性能参数主要信息可以通过查看 /proc/cpuinfo 获得。具体查看指令及效果如下：

显示这台服务器上有2个物理CPU

显示这台服务器的物理核数为16个

显示运行模式为64位

显示为Intel(R) Xeon(R) Gold 6226R CPU @ 2.90GHz

命令：

显示此服务器的线程数为64

top命令是Linux下常用的性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况，类似于Windows的任务管理器。下面详细介绍它的使用方法。top是一个动态显示过程,即可以通过用户按键来不断刷新当前状态.如果在前台执行该命令,它将独占前台,直到用户终止该程序为止.比较准确的说,top命令提供了实时的对系统处理器的状态监视.它将显示系统中CPU最“敏感”的任务列表.该命令可以按CPU使用.内存使用和执行时间对任务进行排序；而且该命令的很多特性都可以通过交互式命令或者在个人定制文件中进行设定.

1．命令格式：

top [参数]

2．命令功能：

显示当前系统正在执行的进程的相关信息，包括进程ID、内存占用率、CPU占用率等

3．命令参数：

-b 批处理

-c 显示完整的治命令

-I 忽略失效过程

-s 保密模式

-S 累积模式

-i<时间>设置间隔时间

-u<用户名>指定用户名

-p<进程号>指定进程

-n<次数>循环显示的次数

4．使用实例：

实例1：通过 Top 命令显示进程信息

命令：

统计信息区：

前五行是当前系统情况整体的统计信息区。下面我们看每一行信息的具体意义。

第一行，任务队列信息，同 uptime 命令的执行结果，具体参数说明情况如下：

10:38:58 — 当前系统时间

up 39 days, 19:47 — 系统已经运行了39天19小时47分钟（在这期间系统没有重启过的吆！）

1 users — 当前有1个用户登录系统

load average: 0.00, 0.00, 0.00 — load average后面的三个数分别是1分钟、5分钟、15分钟的负载情况。

load average数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后按特定算法计算出的数值。如果这个数除以逻辑CPU的数量，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。

第二行，Tasks — 任务（进程），具体信息说明如下：

系统现在共有769个进程，其中处于运行中的有1个，463个在休眠（sleep），stoped状态的有0个，zombie状态（僵尸）的有0个。

第三行，cpu状态信息，具体属性说明如下：

0.0%us — 用户空间占用CPU的百分比。

0.0% sy — 内核空间占用CPU的百分比。

0.0% ni — 改变过优先级的进程占用CPU的百分比

100.0% id — 空闲CPU百分比

0.0% wa — IO等待占用CPU的百分比

0.0% hi — 硬中断（Hardware IRQ）占用CPU的百分比

0.0% si — 软中断（Software Interrupts）占用CPU的百分比

备注：在这里CPU的使用比率和windows概念不同，需要理解linux系统用户空间和内核空间的相关知识！

第四行,内存状态，具体信息如下：

65600012k total — 物理内存总量

1785256k used — 使用中的内存总量

62385920k free — 空闲内存总量

1428836k buffers — 缓存的内存量

第五行，swap交换分区信息，具体信息说明如下：

2097148k total — 交换区总量

918340k used — 使用的交换区总量

1178808k free — 空闲交换区总量

备注：

第四行中使用中的内存总量（used）指的是现在系统内核控制的内存数，空闲内存总量（free）是内核还未纳入其管控范围的数量。纳入内核管理的内存不见得都在使用中，还包括过去使用过的现在可以被重复利用的内存，内核并不把这些可被重新使用的内存交还到free中去，因此在linux上free内存会越来越少，但不用为此担心。

对于内存监控，在top里我们要时刻监控第五行swap交换分区的used，如果这个数值在不断的变化，说明内核在不断进行内存和swap的数据交换，这是真正的内存不够用了。

第六行，空行。

第七行以下：各进程（任务）的状态监控，项目列信息说明如下：

PID — 进程id

USER — 进程所有者

PR — 进程优先级

NI — nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级

VIRT — 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES

RES — 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA

SHR — 共享内存大小，单位kb

S — 进程状态。D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程

%CPU — 上次更新到现在的CPU时间占用百分比

%MEM — 进程使用的物理内存百分比

TIME+ — 进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒

COMMAND — 进程名称（命令名/命令行）

或者通过 free 命令显示系统内存的使用情况，包括物理内存、交换内存(swap)和内核缓冲区内存。

命令：

显示我当前的服务器的物理内存是62G，其中交换内存是2个G，一共剩余是60G的

三、查看Linux内核当前的系统版本号

命令：

显示的当前的服务器Linux内核是Ubuntu系统，版本号是18.04.6

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