一文说尽 Linux 系统的 swap 交换空间

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。（译文是在 2016 年 5 月写的，虽然已经是 5 年前，但是 Linux 架构并没有发生变化，所以本文所述还是正确的。）

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：

1. 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；

2. 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；

3. 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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