Linux 交换空间(SWAP)详解

交换空间的概念和作用：当内存不足的时候，把一部分硬盘空间虚拟成内存使用,从而解决内存容量不足的情况，如果系统内存不足时，操作系统先把内存中暂时不用的数据，存到硬盘的交换空间，腾出内存来让别的程序运行。

交换空间设置大小：只参考物理内存大小，红帽官方给的建议是，如果不打算开启休眠功能，物理内存在2G以下，则交换空间设置大小是物理内存的两倍。如果物理内存在2GB和8GB之间，则交换空间设置大小和物理内存相等，如果物理内存大于8GB，则交换空间至少需要4GB。在实际的产品环境，除了参考物理内存的大小，还要考虑实际运行的程序，通常在测试环境得出一个合理的交换空间大小。对系统工程师来说，如果业务部门没有特殊要求交换空间的大小，通常只根据物理内存的大小设置交换空间，如果在业务运行当中发现交换空间不足，这时需要增加交换空间的大小。

查看交换空间信息：通常在产品环境，操作系统都是在运行在多用户非图形化命令行模式，我们可以在终端通过执行特定的命令查看交换空间信息，下面以RHEL/CentOS系统为例。通过查看 /proc/swaps文件内容和执行命令swapon -s命令都可以看到系统当前的交换空间所在的dm设备，但它不适合人类阅读，通过查看dm设备的映射关系，我们可以找到dm设备对应的LVM逻辑分区，同时也可以通过文件系统分区表/etc/fstab来查看交换空间对应的分区信息，free命令可以显示交换空间的大小和使用量。

[root@linuxabc ~]# cat /proc/swaps

Filename Type Size Used Priority

/dev/dm-1 partition 1261564 0 -2

[root@linuxabc ~]# swapon -s

Filename Type Size Used Priority

/dev/dm-1 partition 1261564 0 -2

[root@linuxabc ~]# ls -l /dev/mapper/ |grep dm-1

lrwxrwxrwx. 1 root root 7 Dec 7 17:51 cs-swap -> ../dm-1

[root@linuxabc ~]# lvs

LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert

root cs -wi-ao---- <19.79g

swap cs -wi-ao---- 1.20g

[root@linuxabc ~]# grep -i swap /etc/fstab

/dev/mapper/cs-swap none swap defaults 0 0

[root@linuxabc ~]# lsblk

NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT

sda 8:0 0 12G 0 disk

├─sda1 8:1 0 1G 0 part /boot

└─sda2 8:2 0 11G 0 part

├─cs-root 253:0 0 19.8G 0 lvm /

└─cs-swap 253:1 0 1.2G 0 lvm [SWAP]

[root@linuxabc ~]# free --help |egrep 'mebibytes|gibibytes'

-m, --mebi show output in mebibytes

-g, --gibi show output in gibibytes

[root@linuxabc ~]# free -m

total used free shared buff/cache available

Mem: 3709 392 2942 9 374 3075

Swap: 1231 0 1231

[root@linuxabc ~]# free -g

total used free shared buff/cache available

Mem: 3 0 2 0 0 3

Swap: 1 0 1

查找当前使用交换空间最多的进程：要了解当前哪些进程的内存区域使用的交换空间最多，请将这些命令复制并粘贴到bash命令行终端上，然后按<Enter>执行：

ps ax -o pid,args | grep -v '^ PID'|sed -e 's,^ *,,' > /tmp/ps_ax.output

echo -n >/tmp/results

for swappid in $(grep -l Swap /proc/[1-9]*/smaps ); do

swapusage=0

for x in $( grep Swap $swappid 2>/dev/null |grep -v '\W0 kB'|awk '{print $2}' ); do

let swapusage+=$x

done

pid=$(echo $swappid| cut -d' ' -f3|cut -d'/' -f3)

if ( [ $swapusage -ne 0 ] ); then

echo -ne "$swapusage kb\t\t" >>/tmp/results

egrep "^$pid " /tmp/ps_ax.output |sed -e 's,^[0-9]* ,,' >>/tmp/results

fi

done

echo "top swap using processes which are still running:"

sort -nr /tmp/results | head -n 10

上述脚本的执行结果显示当前使用交换空间最多的10个进程，并按交换空间使用量的降序排序，此脚本通常不显示某个进程正在使用的总交换空间。如果您杀死了其中的这些进程，您会发现交换空间使用量将减少，被杀死的进程可能是直接的贡献者，也可能是高交换使用率的根本原因的受害者。

注1：如果上面的脚本没有生成任何输出，那么可能是/proc/*/smap中当前正在运行的进程都没有使用swap。可以使用下面的命令进行简单的测试：

# grep Swap /proc/[1-9]*/smaps

需要记住的重要一点是，上述脚本将只显示在脚本运行时在该时间点交换空间的活动进程，很有可能系统已经交换了一块空间，这在free命令的输出上是可见的，但是脚本没有显示任何输出。重点是，此脚本显示当前交换活动，不能用于历史数据收集，你可以使用sar命令查看swap的历史使用情况。

注2：要将显示的进程数更改为10以外的值，请将“tail-10”修改为所需的数目。

注3：在2.6.18-128.el5（RHEL 5更新3）之前的内核版本中，无法知道进程使用了多少交换空间。因此，在任何先前的RHEL版本中（所有RHEL 3、RHEL 4和RHEL 5，直到RHEL 5更新2），用于确定单个进程使用多少交换空间的必要内核代码都不存在。

注4：也可以通过运行top命令并在输出中添加SWAP列来实现。要添加此列，请按f键，然后按照提示选中SWAP，人们可能希望这个字段显示程序交换了多少。遗憾的是，top使用以下公式在本机显示此信息。

VIRT = SWAP + RES or equal

SWAP = VIRT - RES

刷新交换空间：使用以下命令可以刷新交换空间：

# swapoff -a

# swapon -a

警告：以这种方式刷新交换空间将强制交换空间的全部内容返回主内存。如果您的系统内存已经不足，这可能会导致它进入内存不足的状态（OOM）。在使用此选项之前，应适当注意和考虑。如果系统内存不足，则可能需要在将交换空间内容放入内存时先回收内存，这可能会在短时间内降低性能。

增加物理内存：在某些情况下，交换空间用完后会导致抖动（频繁的交换入/出活动）。当系统中存在sar文件（文件位于/var/log/sa中，必须安装sysstat包并且sysstat服务正在工作）并且sar文件包含连续的pswpin和pswpout记录。它表示系统在当前工作负载中没有足够的物理内存。系统需要额外的系统内存，其大小至少为当前总交换空间的大小。抖动通常会导致系统性能下降，因为抖动会导致大量磁盘I/O。使用SSD的系统可能不会出现这种系统性能下降。

[root@linuxabc ~]# sar -W

12:00:00 AM pswpin/s pswpout/s <snip>

05:20:00 AM 0.21 0.00

05:30:00 AM 0.08 0.85

05:40:00 AM 0.47 0.00

05:50:00 AM 3.58 1.71

06:00:00 AM 2.48 0.00

06:10:00 AM 39.91 7.17

06:20:00 AM 0.21 2.72

06:30:00 AM 13.30 1.04

增加交换空间大小：

方法一：通过添加一个SWAP文件来增加交换空间的方法如下：

1. 以兆字节（MB)为单位确定新交换文件的大小，并乘以1024来确定块大小。例如，64 MB交换文件的块大小为65536。
2. 在shell提示符下以root用户身份键入以下命令，count等于所需的块大小：

# dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1024 count=65536

3. 将权限更改为“仅由root用户可读写”：

# chmod 600 /swapfile

4. 使用以下命令生成交换文件：

# mkswap /swapfile

5. 要立即启用交换文件，而不是在启动时自动启用，请执行以下操作：

# swapon /swapfile

6. 要在引导时启用它，请编辑/etc/fstab以包括以下内容，新的交换文件将在下次系统引导后启用。

/swapfile swap swap defaults 0 0

7. 添加新的交换文件并启用后，通过以下命令的输出验证是否已启用该文件。

# swapon -s

# cat /proc/swaps

# free

方法二：通过添加一个逻辑分区来增加交换空间的方法如下：

1. 创建LVM逻辑卷，例如使用1GB（-L 1G）。VolGroup00是在其中创建LV LogVol02的vg名称

# lvcreate VolGroup00 -n LogVol02 -L 1G

2. 设置新交换空间的格式：

# mkswap /dev/VolGroup00/LogVol02

3. 将以下条目添加到/etc/fstab文件：

/dev/VolGroup00/LogVol02 swap swap defaults 0 0

4. 启用扩展逻辑卷：

# swapon -a

5要测试逻辑卷是否已成功创建，请执行以下命令之一：

# swapon -s

# cat /proc/swaps

# free

方法三：扩展交换空间的逻辑分区来增加交换空间的方法如下：

关闭交换空间后扩展交换分区，然后重新生产交换分区，最后开启交换空间。

- swapoff

- lvresize

- mkswap

- swapon

当交换空间将要耗尽，触发监控系统告警，如果可用的内存大于交换空间，可以刷新交换空间来释放交换空间的使用量，如果可用内存和交换空间将要耗尽，直接刷新交换空间可能会导致系统挂起，系统工程师首先要查找使用交换空间最多的进程，通常是和业务相关的进程，并和业务运维人员确认，尽快重启业务进程释放内存，否则系统会慢慢变慢，并触发OOM机制，系统开始自动杀死占用内存大的进程，最后要根据实际情况增加交换空间或物理内存。

#LinuxABC#