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我们知道每台计算机的内存RAM都是有限的而我们的应用程序需要加载到内存才能被运行如果一台机器运行多个应用程序时内存可能会耗尽。Linux 系统中的“交换空间也称为交换分区”可以帮助缓解内存不足的问题。
其实对于交换空间如果能弄清楚以下几个疑问那么对交换空间的理解也就差不多了。 什么是交换空间 为什么需要交换空间 如何查看交换空间大小 Linux 需要交换空间吗 机器的 RAM容量很大还需要交换空间吗 Linux 系统应该配置多大的交换空间 交换空间如何工作 频繁交换导致的性能问题 如何在 Linux 中增加交换空间
什么是交换空间
从物理层面存储层面看交换空间只是辅助存储器Secondary Memory如硬盘)上的一个特殊区域用于在 系统内存 不足时临时存储数据此时操作系统会将一些不常使用的数据从 内存 中移出暂时存放在这个交换空间中以腾出 内存 空间给需要的程序。 从虚拟内存的概念来看交换空间是虚拟内存的一部分。
虚拟内存是操作系统通过将物理内存RAM和硬盘上的交换空间结合起来使用的一种机制。它让系统可以假装拥有比实际物理内存更多的内存资源。 为什么需要交换空间
我们已经了解了交换空间是什么接下来看看为什么交换空间对于系统来说是必需的 低配置机器如果机器的 内存 很小例如只有 1GB 或更少那么交换空间是必不可少的因为大多数应用程序可能会耗尽这点 内存如果没有交换分区这台机器可能连一个应用程序都运行不起来。 防止系统崩溃当系统内存耗尽时如果没有交换空间操作系统可能会无法再分配内存给新进程或需要更多内存的进程这可能导致系统崩溃。有了交换分区遇到这种情况时系统可以暂时将一些不常用的数据移到交换空间以腾出内存避免系统整体崩溃。
总结一下交换空间的作用就像是安全带 safety belt如果有进程悄无声息地消耗越来越多的内存比如内存泄漏 Memory Leak内存吃不消的情况下没关系还有交换空间这个缓冲区。操作系统会帮你将某些内存置换到交换空间来满足你的需求直到交换空间也顶不住了为止。
假如没有交换空间操作系统的OOM大神就会嘎崩脆地杀死了一些进程但是这些被杀的进程不一定就是你想让它们死的进程。有了交换空间在内存吃紧的情况下你就会发现你的机器变慢了反应很迟钝很卡。这是因为原本正常情况下访问内存的操作不得不先将磁盘上内容置换进入内存。这种很卡本身会给你提示给你一个时间给你一个机会让你在交换空间 也耗尽之前干掉你真正想干掉的进程。
为了理解上面的内容这里做个小实验。
启动一个不断消耗内存的程序看下linux如何应对这个进程。程序代码如下
int main(int argc, char** argv)
{int max -1;int mb 0;char* buffer;if(argc 1)max atoi(argv[1]);while((buffermalloc(10*1024*1024)) ! NULL mb ! max){memset(buffer, 0,10*1024*1024);mb mb 10;printf(Allocated %d MB\n, mb);sleep(1);}return 0;
}首先我将交换空间 用swapoff -a 清空然后swapon -a打开然后执行这个程序。
rootmanu-hacks:~/code/c/self/swap# swapoff -a
rootmanu-hacks:~/code/c/self/swap# free -mtotal used free shared buffers cached
Mem: 1942 1731 210 0 38 281
-/ buffers/cache: 1411 530
Swap: 0 0 0猜猜看这个进程最多能分配多少内存现在看起来free的只有530M 这已经算上了cached的内容也就是说我们最多哪怕把所有的file cache也占用掉也不过是能够分配530M的内存。事实上是这样吗
rootmanu-hacks:~/code/c/self/swap# swapon -a ; free -m ; ./eat_mem total used free shared buffers cached
Mem: 1942 1741 200 0 38 282
-/ buffers/cache: 1421 521
Swap: 3907 0 3907
Allocated 10 MB
Allocated 20 MB
Allocated 30 MB
Allocated 40 MB
Allocated 50 MB
Allocated 60 MB
Allocated 70 MB
Allocated 80 MB.......
Allocated 3020 MB
Allocated 3030 MB
Allocated 3040 MB
Allocated 3050 MB
rootmanu-hacks:~/code/c/self/swap#
rootmanu-hacks:~/code/c/self/swap#我们看到实际上分配了3050MB,才被杀死。这个过程中cache中内容被驱逐cache越来越小而Swap used部分越来越多越来越多的内容被置换到swap area 。感兴趣的筒子可以用 watch ‘free -m’ 查看这个内存的变换过程很有意思。
如何查看交换空间大小
查看交换空间的大小以及使用情况一般使用free命令即可如下所示:
qinlinux-01:~$ free -htotal used free shared buff/cache available
Mem: 15Gi 4.7Gi 6.3Gi 986Mi 4.5Gi 9.5Gi
Swap: 2.0Gi 0 2.0GiLinux 需要交换空间吗
建议为系统配置一定量的交换空间。虽然交换空间不是 Linux 系统的运行的必备条件但它与充足的 RAM 一起可以确保系统的性能和稳定性。
在 Ubuntu 系统中默认会自动创建一个 2GB 的交换文件这在一定程度上也表明了在 Linux 系统中使用交换空间的重要性否则就没必要默认自动创建交换分区了。
机器的 RAM容量很大还需要交换空间吗
如果系统配置了 64GB 或更多的 内存那么通常很难用完所有的 内存。因此在这种情况下交换空间的重要性降低可以不必配置。
但在某些特殊情况下仍然可能需要少量的交换空间以确保系统的稳定性。例如如果某个故障程序占用了大部分 内存交换空间可以帮助提高系统的稳定性。虽然这种情况不常见但一旦发生交换空间可以为系统提供额外的缓冲从而避免崩溃。而且增加交换空间不会对系统造成任何损害为什么不配置一点了 Linux 中应该配置多少交换空间
关于交换空间的大小过去有一种普遍的说法是交换空间应为 RAM 大小的两倍但在现代计算机中这个规则已经不再适用。实际上交换空间的大小并没有严格的指导原则。
根据 Red Hat 的建议对于配备 4GB 或更大容量 RAM 的现代系统交换空间的大小建议为 RAM 大小的 20%。
CentOS 的建议与 Red Hat 略有不同具体如下 如果 机器的内存 小于 2GB交换空间应为 RAM 大小的两倍。 如果 机器的内存 超过 2GB则交换空间应为 RAM 大小 2 GB例如 3GB RAM 对应 5GB 交换空间。
在 Ubuntu 中交换空间的大小取决于是否使用休眠模式 如果需要休眠交换空间应等于 RAM 大小。 如果不需要休眠建议如下 内存小于 1GB交换空间应至少等于 RAM 大小最多为其两倍。内存大于 1GB交换空间应至少等于 RAM 大小的平方根最多为其两倍。
交换空间如何工作
引入交换空间后涉及到交换分区的工作流程如下
内存容量耗尽当计算机的内存被完全使用完了即没有足够的空间来处理新的任务时。识别最近未访问的数据操作系统会检查内存中的数据找出那些最近没有被访问的数据。这些数据通常是暂时不需要的可以安全地从内存中移出。将数据从内存传输到交换空间这些不活跃的数据会被移动到硬盘上的交换空间。这就像把书从桌子上移到书架上以腾出空间让你继续在桌子上工作。将新数据磁盘加载到内存当新的任务需要内存或者之前移动的数据再次需要时操作系统会将数据从交换空间移动回内存。
频繁交换导致的性能问题
在 物理内快满的情况下可能会发生一种称为 “频繁交换”thrashing 的现象。这种现象通常会导致系统性能急剧下降甚至使系统完全无响应。
当系统的物理内存几乎被完全占用无法为新的或现有的进程提供足够的空间。 系统不断地将内存页移到交换空间然后又从交换空间中取回。这种反复的页面切换占用了大量的 CPU 资源和 I/O 带宽导致系统性能大幅下降变得极其缓慢甚至无响应。
此时如果使用 free 的命令来显示 CPU 负载和内存使用情况你会发现 CPU 负载非常高可能达到系统中 CPU 内核数量的 30 到 40 倍并且内存和交换空间几乎完全被分配了。
$ free -htotal used free shared buff/cache available
Mem: 7.7G 7.3G 100M 500M 300M 200M
Swap: 2.0G 1.9G 100M
如何在 Linux 中增加交换空间
首先您需要检查系统是否已经启用了交换空间。您可以在终端中输入以下命令来检查
qinlinux-01:~$ sudo swapon --show
NAME TYPE SIZE USED PRIO
/dev/sda5 partition 2G 0B -2也可以使用free命令查看。
qinlinux-01:~$ free -htotal used free shared buff/cache available
Mem: 15Gi 4.7Gi 6.3Gi 986Mi 4.5Gi 9.5Gi
Swap: 2.0Gi 0 2.0Gi可以看出这里我的机器有 15 GB RAM分配的交换空间内存为 2 GB。
1. 创建交换文件
首先使用以下 dd 命令创建一个 1 GB 大小的交换文件
sudo dd if/dev/zero of/swap_file bs1GB count12. 设置权限
为了确保交换文件的安全性您需要将其权限设置为 600防止其他用户读取其中的敏感数据
sudo chmod 600 /swap_file3. 在交换文件上启用交换区域
使用 mkswap 命令将该文件设置为交换区域
sudo mkswap /swapfile4. 在 fstab 文件中添加条目
为了确保每次系统重启后交换空间依然有效需要将交换文件的信息添加到 fstab 文件中。可以使用以下 echo 命令来进行操作或者手动编辑 fstab 文件
echo swap_file swap swap defaults 0 0 /etc/fstab5. 扩展交换空间
要启用交换文件请使用以下 swapon 命令
sudo swapon /swap_file6. 检查交换空间
使用以下命令来确认交换空间是否已启用
free -m #或者
swapon -s如果需要禁用交换文件可以使用以下 swapoff 命令
sudo swapoff /swap_file
