Linux 中 Swap 和内存(Memory)对比介绍

文章目录

内存 (Memory) 概述
Swap 分区概述
内存与 Swap 的对比
Swap 与内存的工作机制
Swap 和内存的配置与优化
Swap 的使用场景和风险
最佳实践
Swap 是否需要完全依赖？
Swap 设置与管理
- 创建和激活 Swap 分区
- 创建和管理 Swap 文件
- 调整 Swap 使用策略
- 常用的 Swap 管理命令
Swap 相关的优化建议
总结与建议

内存 (Memory) 概述

物理内存 (RAM)：物理内存是计算机中用于临时存储数据的硬件。当系统需要处理应用程序时，数据会首先加载到物理内存中，以提高访问速度。物理内存容量越大，系统可以同时处理的任务也就越多。
内存的工作机制：物理内存负责存储当前正在使用的应用程序和操作系统数据。由于其存取速度非常快，计算机的整体性能在很大程度上依赖于物理内存的效率。

Swap 分区概述

Swap 的定义：Swap 是 Linux 系统中的一种虚拟内存机制，它通过硬盘上的空间模拟物理内存。当系统的物理内存耗尽时，操作系统会将不常使用的数据从物理内存移到 Swap 区域，从而释放更多的物理内存来运行其他程序。
Swap 类型：
- Swap 分区：硬盘上的专用分区。
- Swap 文件：文件系统中的一个普通文件，用于存储交换数据。

内存与 Swap 的对比

性能对比：
- 物理内存的访问速度比 Swap 快得多，因为内存是基于电的芯片，而 Swap 则依赖于磁盘的读写操作。因此，当系统频繁使用 Swap 时，会明显降低系统的整体性能，这就是所谓的“Thrashing”现象。
用途对比：
- 内存 (RAM)：适用于频繁访问和使用的数据，如当前运行的程序、操作系统核心数据等。
- Swap：用于存储那些暂时不需要使用的数据，作为内存的补充。

Swap 与内存的工作机制

页调度机制 (Paging)：当物理内存不足时，Linux 操作系统会自动将一些不常用的内存页移到 Swap 中。这种机制称为 “页调度”，它确保内存能够用来处理更紧急或更活跃的任务。
内存管理中的 Swap 压力 (Swappiness)：Linux 系统有一个名为 swappiness 的参数，它控制系统使用 Swap 的倾向。swappiness 的取值范围是 0-100，值越大表示系统更容易使用 Swap。可以通过修改 /proc/sys/vm/swappiness 文件来调节这个参数。

Swap 和内存的配置与优化

如何查看 Swap 和内存使用情况：
- free 命令：用于查看内存和 Swap 的使用情况。
```
free -h
```
- top 或 htop：实时监控内存和 Swap 的使用状态。

增加或减少 Swap 大小：

增加 Swap 文件：

sudo fallocate -l 1G /swapfile
sudo chmod 600 /swapfile
sudo mkswap /swapfile
sudo swapon /swapfile

删除 Swap 文件：

sudo swapoff /swapfile
sudo rm /swapfile

Swap 的使用场景和风险

使用场景：
- 低内存系统：当系统的物理内存不足时，Swap 可以为其提供额外的虚拟内存空间，避免系统崩溃。
- 内存密集型应用：如大型数据库、视频渲染等，Swap 可作为物理内存的扩展，减少内存不足的风险。
潜在风险：
- 频繁使用 Swap 会导致系统性能大幅下降，因为硬盘的读写速度远远低于内存。

最佳实践

合理设置 Swap 大小：通常，Swap 的大小应为物理内存的 1 到 2 倍，但这取决于系统的具体需求。如果是内存充足的服务器，可以适当减少 Swap 大小，甚至禁用 Swap。
调优 Swap 性能：通过调整 swappiness 和优化磁盘 I/O 性能，可以提高系统在使用 Swap 时的效率。

Swap 是否需要完全依赖？

在现代系统中，Swap 并不是必需的。对于拥有大量物理内存的系统，Swap 的使用率往往很低，甚至可以考虑禁用 Swap。然而，对于资源紧张或需要应对突发内存需求的环境，Swap 仍然是不可或缺的保障措施。

Swap 设置与管理

创建和激活 Swap 分区

创建 Swap 分区：
如果你想要创建一个 Swap 分区，可以按照以下步骤操作：
- 首先使用 fdisk 命令或其他分区工具创建一个新的分区，并将分区类型设置为 82（Linux swap）。
```
sudo fdisk /dev/sdX
```
- 创建好分区后，使用 mkswap 命令格式化该分区：
```
sudo mkswap /dev/sdXn  # 这里 sdXn 是你的分区标识
```
- 激活该 Swap 分区：
```
sudo swapon /dev/sdXn
```
自动挂载 Swap 分区：
要使 Swap 分区在系统启动时自动启用，可以将其添加到 /etc/fstab 文件中：
```
/dev/sdXn swap swap defaults 0 0
```

创建和管理 Swap 文件

创建 Swap 文件：
如果你不想使用专门的分区，也可以创建一个 Swap 文件。下面是创建和激活 Swap 文件的步骤：
- 创建一个大小为 2GB 的 Swap 文件：
```
sudo fallocate -l 2G /swapfile
```
  如果 fallocate 命令不可用，可以使用 dd 命令：
```
sudo dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1M count=2048
```
- 设置合适的权限：
```
sudo chmod 600 /swapfile
```
- 将文件格式化为 Swap 类型：
```
sudo mkswap /swapfile
```
- 激活 Swap 文件：
```
sudo swapon /swapfile
```
- 确认 Swap 文件已被启用：
```
sudo swapon --show
```
将 Swap 文件设置为永久启用：
为了确保 Swap 文件在每次系统启动时自动挂载，可以将其添加到 /etc/fstab 文件中：
```
/swapfile swap swap defaults 0 0
```
禁用并删除 Swap 文件：
如果不再需要 Swap 文件，可以按照以下步骤禁用并删除：
- 关闭 Swap 文件：
```
sudo swapoff /swapfile
```
- 从 /etc/fstab 文件中移除相应的行（如果已添加）。
- 删除 Swap 文件：
```
sudo rm /swapfile
```

调整 Swap 使用策略

调整 swappiness 参数：
swappiness 参数控制了系统如何频繁地使用 Swap。值为 0 时，系统将尽可能避免使用 Swap；值为 100 时，系统更倾向于使用 Swap。可以通过以下命令查看当前的 swappiness 设置：
```
cat /proc/sys/vm/swappiness
```
- 临时修改 swappiness：
```
sudo sysctl vm.swappiness=10
```
- 永久修改 swappiness：
  将以下行添加到 /etc/sysctl.conf 文件中：
```
vm.swappiness=10
```
  然后通过 sysctl -p 命令应用更改。
调整 Swap 的优先级：
在系统中，你可以设置多个 Swap 分区或文件。系统会根据优先级选择使用哪个 Swap 区域，优先级越高的 Swap 区域越先使用。可以通过 pri 参数设置优先级：
```
sudo swapon /swapfile -p 10
```

常用的 Swap 管理命令

查看 Swap 使用情况：
- 使用 free 命令查看内存和 Swap 的详细使用情况：
```
free -h
```
- 使用 swapon --show 显示当前激活的 Swap 区域及其详细信息：
```
sudo swapon --show
```
禁用 Swap 分区或文件：
如果你想禁用某个 Swap 分区或文件，可以使用 swapoff 命令：
```
sudo swapoff /dev/sdXn  # 禁用 Swap 分区
sudo swapoff /swapfile   # 禁用 Swap 文件
```

启用 Swap：
如果 Swap 已被禁用，可以使用 swapon 命令重新启用：

sudo swapon /dev/sdXn  # 启用 Swap 分区
sudo swapon /swapfile   # 启用 Swap 文件

检查 Swap 空间的优先级：
可以使用以下命令查看 Swap 区域的优先级：
```
cat /proc/swaps
```

Swap 相关的优化建议

监控 Swap 使用：
定期检查内存和 Swap 的使用情况，确保系统没有因为过度使用 Swap 而导致性能下降。对于运行内存密集型应用的系统，尤其要关注 free 和 top 命令输出的 Swap 使用情况。
合理配置 swappiness：
对于服务器或内存充足的系统，建议将 swappiness 参数设置得较低，以减少 Swap 的使用，优先利用物理内存。对于内存较小的系统，可以适当提高 swappiness 参数，以防止系统因为内存不足而崩溃。
选择合适的 Swap 大小：
Swap 大小的设置应根据系统的物理内存和实际应用需求来决定。常见建议是：
- 物理内存 < 2GB：Swap 大小为物理内存的 2 倍。
- 物理内存 > 8GB：Swap 大小为物理内存的 0.5 倍。
- 对于内存密集型应用（如数据库服务器），可以考虑适当增加 Swap。