linux 將物理內存分為內存段，叫做頁面。交換是指內存頁面被復制到預先設定好的硬盤空間(叫做交換空間)的過程，目的是釋放這份內存頁面。物理內存和交換空間的總大小是可用的虛擬內存的總量。

什么是 Swap

我們知道 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，或者以它們的組合方式出現。簡單點說，當系統物理內存吃緊時，Linux 系統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其他進程服務，而當系統需要訪問 swap 上存儲的內容時，系統會再將 swap 上的數據加載到內存中，這就是我們常說的 swap out 和 swap in 了。

Swap 原理

Swap 說白了就是把一塊磁盤空間或者一個本地文件（以下講解以磁盤為例），當成內存來使用。它包括換出和換入兩個過程。

所謂換出，就是把進程暫時不用的內存數據存儲到磁盤中，并釋放這些數據占用的內存。
而換入，則是在進程再次訪問這些內存的時候，把它們從磁盤讀到內存中來。

一個很典型的場景就是，即使內存不足時，有些應用程序也并不想被 OOM 殺死，而是希望能緩一段時間，等待人工介入，或者等系統自動釋放其他進程的內存，再分配給它。

除此之外，我們常見的筆記本電腦的休眠和快速開機的功能，也基于 Swap 。休眠時，把系統的內存存入磁盤，這樣等到再次開機時，只要從磁盤中加載內存就可以。這樣就省去了很多應用程序的初始化過程，加快了開機速度。

Swap 的優缺點

[1] 主要優點如下所示

對于一些大型的應用程序(如Libreoffice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 之后，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。

[2] 主要缺點如下所示

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。

Swap 的大小配置

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 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。

Swap 常用操作

當我們確定好配置多大的 swap 空間后，具體應該怎么配置呢？Linux 下有兩種類型的 swap 空間，swap 分區和 swap 文件，它們有各自的特點：

swap 分區:

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，后期要縮減空間和擴容都很不方便。

swap 文件:

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。

交換分區在物理內存被填滿時用來保持內存中的內容。當 RAM 被耗盡，Linux 會將內存中不活動的頁移動到交換空間中，從而空出內存給系統使用。雖然如此，但交換空間不應被認為是物理內存的替代品。大多數情況下，建議交換內存的大小為物理內存的 1 到 2 倍。也就是說如果你有 8GB 內存, 那么交換空間大小應該介于 8-16GB。

查看系統中已經配置的 swap 分配情況

# Filename: 類型是分區則顯示分區路徑，類型是文件則顯示文件路徑
# Type: partition代表是一個swap分區，file代表是一個swap文件
# Size: 顯示swap的大小，默認單位是KB
# Used: 已經被使用的大小，0表示還沒有被使用到
# Priority: 優先級高將會被優先使用，同等優先級將會均勻使用(設置: swapon -p)
escape@App:~$ swapon -s
Filename             Type      Size        Used       Priority
/data/.swapfile      file      10485756    6534248    -1
/data1/.swapfile     file      10485756    3246088    -2

# 指定交換區的優先順序
$ sudo swapon -p xxx

# 啟動某個交換swap
$ sudo swapon /dev/sda2

# 啟動所有系統配置的swap
$ sudo swapon -a

# 關閉某個交換swap
$ sudo swapoff /dev/sda2

# 關閉所有系統配置的swap
$ sduo swapoff -a

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


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
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

擴大swap

1.先查看一下自己的服務器swap大小，命令：

2.使用 cd /usr 進入 /usr 文件夾,新建一個名叫swap的文件夾，使用ll命令可以看到多了一個swap的文件夾

3.下一步使用 cd swap 進入swap文件夾，創建swap文件

swapfile文件創建后，需要構建swap格式于/usr/swap/swapfile 上

用命令激活swap，立即啟用交換分區文件

配置 Swap 緩存

操作系統使用 ZFS 文件系統
添加 swap 分區
# 1.創建邏輯卷
$ sudo zpool create -V 2G rpool/swap

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

# 3.激活新建的交換分區
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


取消 swap 配置
# 1.關閉某個交換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，系統又會重新掛載相應的swap分區和文件

系統資源緊張時的內存分配

有新的大塊內存分配請求，但是剩余內存不足。這個時候系統就需要回收一部分內存（比如前面提到的緩存），進而盡可能地滿足新內存請求。這個過程通常被稱為直接內存回收。

除了直接內存回收，還有一個專門的內核線程用來定期回收內存，也就是kswapd0。為了衡量內存的使用情況，kswapd0 定義了三個內存閾值（watermark，也稱為水位），分別是

頁最小閾值（pages_min）、頁低閾值（pages_low）和頁高閾值（pages_high）。剩余內存，則使用 pages_free 表示。

這里，我畫了一張圖表示它們的關系。

kswapd0 定期掃描內存的使用情況，并根據剩余內存落在這三個閾值的空間位置，進行內存的回收操作。

剩余內存小于頁最小閾值，說明進程可用內存都耗盡了，只有內核才可以分配內存。

剩余內存落在頁最小閾值和頁低閾值中間，說明內存壓力比較大，剩余內存不多了。這時 kswapd0 會執行內存回收，直到剩余內存大于高閾值為止。

剩余內存落在頁低閾值和頁高閾值中間，說明內存有一定壓力，但還可以滿足新內存請求。

剩余內存大于頁高閾值，說明剩余內存比較多，沒有內存壓力。

我們可以看到，一旦剩余內存小于頁低閾值，就會觸發內存的回收。這個頁低閾值，其實可以通過內核選項
/proc/sys/vm/min_free_kbytes 來間接設置。

Linux 提供了一個 /proc/sys/vm/swappiness 選項，用來調整使用 Swap 的積極程度。

swappiness 的范圍是 0-100，數值越大，越積極使用 Swap，也就是更傾向于回收匿名頁；數值越小，越消極使用 Swap，也就是更傾向于回收文件頁。

提高或降低swap使用的方法

在內存資源緊張時，Linux 會通過 Swap ，把不常訪問的匿名頁換出到磁盤中，下次訪問的時候再從磁盤換入到內存中來。你可以設置
/proc/sys/vm/min_free_kbytes，來調整系統定期回收內存的閾值；也可以設置 /proc/sys/vm/swappiness，來調整文件頁和匿名頁的回收傾向。

當 Swap 變高時，你可以用 sar、/proc/zoneinfo、/proc/pid/status 等方法，查看系統和進程的內存使用情況，進而找出 Swap 升高的根源和受影響的進程。

反過來說，通常，降低 Swap 的使用，可以提高系統的整體性能。要怎么做呢？這里，我也總結了幾種常見的降低方法。

禁止 Swap，現在服務器的內存足夠大，所以除非有必要，禁用 Swap 就可以了。隨著云計算的普及，大部分云平臺中的虛擬機都默認禁止 Swap。
如果實在需要用到 Swap，可以嘗試降低 swappiness 的值，減少內存回收時 Swap 的使用傾向。
響應延遲敏感的應用，如果它們可能在開啟 Swap 的服務器中運行，你還可以用庫函數 mlock() 或者 mlockall() 鎖定內存，阻止它們的內存換出。

swappiness參數的含義

swappiness是Linux的一個內核參數，控制系統在進行swap時，內存使用的相對權重。

swappiness參數值可設置范圍在0到100之間。此參數值越低，就會讓Linux系統盡量少用swap分區，多用內存；參數值越高就是反過來，使內核更多的去使用swap空間。Ubuntu系統swappiness默認值為60，表示的含義可以這樣來理解，當剩余物理內存低于40%（40=100-60）時，開始使用swap分區。centos系統此參數的默認值是30。我個人喜歡將作為服務器的Linux系統的swappiness參數設置為10。設置為100可能會影響整體性能，如果內存充足，就可以將這個值設置很低，甚至為0，以避免系統進行swap而影響性能。

swappiness=0究竟意味著什么？

我們都知道，Linux的進程使用的內存分為2種：

file-backed pages（有文件背景的頁面，比如代碼段、比如read/write方法讀寫的文件、比如mmap讀寫的文件，它們有對應的硬盤文件，因此如果要交換，可以直接和硬盤對應的文件進行交換；比如讀取一個文件，沒有關閉，也沒有修改，交換時，就可以將這個文件直接放回硬盤，代碼處理其實就是刪除這部分內容，只保留一個索引，讓系統知道這個文件還處于打開狀態，只是它的內容不在內存，還在硬盤上），此部分頁面叫做page cache；
anonymous pages（匿名頁，如stack，heap，CoW后的數據段等；他們沒有對應的硬盤文件，因此如果要交換，只能交換到swap分區），此部分頁面，如果系統內存不充分，可以被swap到swapfile或者硬盤的swap分區。

因此，Linux在進行內存回收（memory reclaim）的時候，實際上可以從1類和2類這兩種頁面里面進行回收，而swappiness值就決定了回收這2類頁面的優先級。swappiness越大，越傾向于回收匿名頁；swappiness越小，越傾向于回收file-backed的頁面。當然，它們的回收方法都是一樣的LRU算法。

修改swappiness的值

查看你的系統里面的swappiness

修改swappiness值為10

但是這只是臨時性的修改，在你重啟系統后會恢復默認的60，所以，還要做一步：

linux查找占用swap的進程的腳本

#!/bin/bash
########################################
# 腳本功能 ： 列出正在占用swap的進程。
########################################
echo -e "PIDtSwaptProc_Name"

# 拿出/proc目錄下所有以數字為名的目錄（進程名是數字才是進程，其他如sys.NET等存放的是其他信息）
for pid in `ls -l /proc|awk '/^d/ {print $NF}'|grep ^[0-9]`
do
# Do not check init process
if [ $pid -eq 1 ];then continue;fi
# 判斷改進程是否占用了swap
grep -q "Swap" /proc/$pid/smaps 2>/dev/null
if [ $? -eq 0 ];then # 如果占用了swap
     swap=$(grep Swap /proc/$pid/smaps| gawk '{ sum+=$2} END{ print sum }')
     # 進程名
     #proc_name=$(ps aux | grep -w "$pid" | grep -v grep
     proc_name=$(ps -eo pid,comm | grep -w "$pid" | grep -v grep|awk '{print $NF}')
     if [ $swap -ge 0 ];then # 如果占用了swap則輸出其信息
         echo -e "$pidt${swap}t$proc_name"
     fi
fi
done | sort -k2 -n | gawk -F't' '{
pid[NR]=$1;
size[NR]=$2;
name[NR]=$3;
}
END{
for(id=1;id<=length(pid);id++)
{
     if(size[id]<1024)
           printf("%-10st%10sKBt%sn",pid[id],size[id],name[id]);
     else if(size[id]<1048576)
           printf("%-10st%10.2fMBt%sn",pid[id],size[id]/1024,name[id]);
     else
   printf("%-10st%10.2fGBt%sn",pid[id],size[id]/1048576,name[id]);
}
}'

釋放緩存區內存的方法

a）清理pagecache（頁面緩存）

1
# echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches     或者 # sysctl -w vm.drop_caches=1
　 b）清理dentries（目錄緩存）和inodes

1
# echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches     或者 # sysctl -w vm.drop_caches=2
　 c）清理pagecache、dentries和inodes

1
# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches     或者 # sysctl -w vm.drop_caches=3