詳細(xì)解讀linux下swap分區(qū)的作用

2024-09-05 23:04:33

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供稿：網(wǎng)友

本文研究的主要是linux/202677.html">linux/197196.html">linux下swap分區(qū)的相關(guān)內(nèi)容，具體介紹如下。

swap分區(qū)介紹

嵌入式Linux中文站消息，Linux系統(tǒng)的Swap分區(qū)，即交換區(qū)，Swap空間的作用可簡單描述為：當(dāng)系統(tǒng)的物理內(nèi)存不夠用的時(shí)候，就需要將物理內(nèi)存中的一部分空間釋放出來，以供當(dāng)前運(yùn)行的程序使用。那些被釋放的空間可能來自一些很長時(shí)間沒有什么操作的程序，這些被釋放的空間被臨時(shí)保存到Swap空間中，等到那些程序要運(yùn)行時(shí)，再從Swap中恢復(fù)保存的數(shù)據(jù)到內(nèi)存中。這樣，系統(tǒng)總是在物理內(nèi)存不夠時(shí)，才進(jìn)行Swap交換。其實(shí)，Swap的調(diào)整對(duì)Linux服務(wù)器，特別是Web服務(wù)器的性能至關(guān)重要。通過調(diào)整Swap，有時(shí)可以越過系統(tǒng)性能瓶頸，節(jié)省系統(tǒng)升級(jí)費(fèi)用。

如大家所知，現(xiàn)代操作系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了“虛擬內(nèi)存”這一技術(shù)，不但在功能上突破了物理內(nèi)存的限制，使程序可以操縱大于實(shí)際物理內(nèi)存的空間，更重要的是，“虛擬內(nèi)存”是隔離每個(gè)進(jìn)程的安全保護(hù)網(wǎng)，使每個(gè)進(jìn)程都不受其它程序的干擾。

可能計(jì)算機(jī)用戶會(huì)經(jīng)常遇這種現(xiàn)象。例如，在使用Windows系統(tǒng)時(shí)，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序，當(dāng)你切換到一個(gè)很長時(shí)間沒有理會(huì)的程序時(shí)，會(huì)聽到硬盤“嘩嘩”直響。這是因?yàn)檫@個(gè)程序的內(nèi)存被那些頻繁運(yùn)行的程序給“偷走”了，放到了Swap區(qū)中。因此，一旦此程序被放置到前端，它就會(huì)從Swap區(qū)取回自己的數(shù)據(jù)，將其放進(jìn)內(nèi)存，然后接著運(yùn)行。

另外，并不是所有從物理內(nèi)存中交換出來的數(shù)據(jù)都會(huì)被放到Swap中(如果這樣的話，Swap就會(huì)不堪重負(fù))，有相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)據(jù)被直接交換到文件系統(tǒng)。例如，有的程序會(huì)打開一些文件，對(duì)文件進(jìn)行讀寫(其實(shí)每個(gè)程序都至少要打開一個(gè)文件，那就是運(yùn)行程序本身)，當(dāng)需要將這些程序的內(nèi)存空間交換出去時(shí)，就沒有必要將文件部分的數(shù)據(jù)放到Swap空間中了，而可以直接將其放到文件里去。如果是讀文件操作，那么內(nèi)存數(shù)據(jù)被直接釋放，不需要交換出來，因?yàn)橄麓涡枰獣r(shí)，可直接從文件系統(tǒng)恢復(fù)；如果是寫文件，只需要將變化的數(shù)據(jù)保存到文件中，以便恢復(fù)。但是那些用malloc和new函數(shù)生成的對(duì)象的數(shù)據(jù)則不同，它們需要Swap空間，因?yàn)樗鼈冊(cè)谖募到y(tǒng)中沒有相應(yīng)的“儲(chǔ)備”文件，因此被稱作“匿名”(Anonymous)內(nèi)存數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)還包括堆棧中的一些狀態(tài)和變量數(shù)據(jù)等。所以說，Swap空間是“匿名”數(shù)據(jù)的交換空間。

突破128M Swap限制

有些Linux(國內(nèi)漢化版)安裝手冊(cè)上有這樣的說明：Swap空間不能超過128M。為什么會(huì)有這種說法？在說明“128M”這個(gè)數(shù)字的來歷之前，先給問題一個(gè)回答：現(xiàn)在根本不存在128M的限制！現(xiàn)在的限制是2G！

Linux系統(tǒng)中的Swap空間是分頁的，每一頁的大小和內(nèi)存頁的大小一樣，方便Swap空間和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換。舊版本的Linux實(shí)現(xiàn)Swap空間時(shí)，用Swap空間的第一頁作為所有Swap空間頁的一個(gè)“位映射”(Bit map)。這就是說第一頁的每一位，都對(duì)應(yīng)著一頁Swap空間。如果這一位是1，表示此頁Swap可用；如果是0，表示此頁是壞塊，不能使用。這么說來，第一個(gè)Swap映射位應(yīng)該是0，因?yàn)?，第一頁Swap是映射頁。另外，最后10個(gè)映射位也被占用，用來表示Swap的版本(原來的版本是Swap_space ，現(xiàn)在的版本是swapspace2)。那么，如果說一頁的大小為s，這種Swap的實(shí)現(xiàn)方法共能管理“8 * ( s - 10 ) - 1”個(gè)Swap頁。對(duì)于i386系統(tǒng)來說s=4096，則空間大小共為133890048，如果認(rèn)為1 MB=2^20 Byte的話，大小正好為128M。
這樣來實(shí)現(xiàn)Swap空間的管理，是要防止Swap空間中有壞塊。如果系統(tǒng)檢查到Swap中有壞塊，則在相應(yīng)的位映射上標(biāo)記上0，表示此頁不可用。這樣在使用Swap時(shí)，不至于用到壞塊，而使系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤。

現(xiàn)在的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者認(rèn)為：

1.現(xiàn)在硬盤質(zhì)量很好，壞塊很少。
2.就算有，也不多，只需要將壞塊羅列出來，而不需要為每一頁建立映射。
3.如果有很多壞塊，就不應(yīng)該將此硬盤作為Swap空間使用。

于是，現(xiàn)在的Linux取消了位映射的方法，也就取消了128M的限制。直接用地址訪問，限制為2G。

Swap配置對(duì)性能的影響

對(duì)于分配太多的Swap空間，會(huì)浪費(fèi)磁盤空間，而Swap空間太少，則系統(tǒng)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

當(dāng)系統(tǒng)的物理內(nèi)存用光了，系統(tǒng)就會(huì)跑得很慢，但仍能運(yùn)行；如果Swap空間用光了，那么系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。例如，Web服務(wù)器能根據(jù)不同的請(qǐng)求數(shù)量衍生出多個(gè)服務(wù)進(jìn)程(或線程)，如果Swap空間用完，則服務(wù)進(jìn)程無法啟動(dòng)，通常會(huì)出現(xiàn)“application is out of memory”的錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成服務(wù)進(jìn)程的死鎖。因此Swap空間的分配是很重要的。

一般情況下，Swap空間應(yīng)大于或等于物理內(nèi)存的大小，最小不應(yīng)小于64M，通常Swap空間的大小應(yīng)是物理內(nèi)存的2-2.5倍。但根據(jù)不同的應(yīng)用，應(yīng)有不同的配置：如果是小的桌面系統(tǒng)，則只需要較小的Swap空間，而大的服務(wù)器系統(tǒng)則視情況不同需要不同大小的Swap空間。特別是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器，隨著訪問量的增加，對(duì)Swap空間的要求也會(huì)增加，具體配置參見各服務(wù)器產(chǎn)品的說明。

此外，Swap分區(qū)的數(shù)量對(duì)性能也有很大的影響。因?yàn)镾wap交換的操作是磁盤IO的操作，如果有多個(gè)Swap交換區(qū)，Swap空間的分配會(huì)以輪流的方式操作于所有的Swap，這樣會(huì)大大均衡IO的負(fù)載，加快Swap交換的速度。如果只有一個(gè)交換區(qū)，所有的交換操作會(huì)使交換區(qū)變得很忙，使系統(tǒng)大多數(shù)時(shí)間處于等待狀態(tài)，效率很低。用性能監(jiān)視工具就會(huì)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的CPU并不很忙，而系統(tǒng)卻慢。這說明，瓶頸在IO上，依靠提高CPU的速度是解決不了問題的。
系統(tǒng)性能監(jiān)視

Swap空間的分配固然很重要，而系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的性能監(jiān)控卻更加有價(jià)值。通過性能監(jiān)視工具，可以檢查系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，找到系統(tǒng)性能的瓶頸。本文只介紹一下在Solaris下和Swap相關(guān)的一些命令和用途。

最常用的是Vmstat命令(在大多數(shù)Unix平臺(tái)下都有這樣一些命令)，此命令可以查看大多數(shù)性能指標(biāo)。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 …………

命令說明：

vmstat 后面的參數(shù)指定了性能指標(biāo)捕獲的時(shí)間間隔。3表示每三秒鐘捕獲一次。第一行數(shù)據(jù)不用看，沒有價(jià)值，它僅反映開機(jī)以來的平均性能。從第二行開始，反映每三秒鐘之內(nèi)的系統(tǒng)性能指標(biāo)。這些性能指標(biāo)中和Swap有關(guān)的包括以下幾項(xiàng)：

procs下的w

它表示當(dāng)前(三秒鐘之內(nèi))需要釋放內(nèi)存、交換出去的進(jìn)程數(shù)量。

memory下的swpd

它表示使用的Swap空間的大小。

Swap下的si，so

si表示當(dāng)前(三秒鐘之內(nèi))每秒交換回內(nèi)存(Swap in)的總量，單位為kbytes；so表示當(dāng)前(三秒鐘之內(nèi))每秒交換出內(nèi)存(Swap out)的總量，單位為kbytes。

以上的指標(biāo)數(shù)量越大，表示系統(tǒng)越忙。這些指標(biāo)所表現(xiàn)的系統(tǒng)繁忙程度，與系統(tǒng)具體的配置有關(guān)。系統(tǒng)管理員應(yīng)該在平時(shí)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，記下這些指標(biāo)的數(shù)值，在系統(tǒng)發(fā)生問題的時(shí)候，再進(jìn)行比較，就會(huì)很快發(fā)現(xiàn)問題，并制定本系統(tǒng)正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值，以供性能監(jiān)控使用。

另外，使用Swapon-s也能簡單地查看當(dāng)前Swap資源的使用情況。例如：