内存中的swap机制

目录

一、swap原理

二、swap内存回收的情况

三、NUMA架构下的Swap说明

四、回收策略

五、实验

六、总结

一、swap原理

把一块磁盘空间或者一个本地文件当成内存来使用。有换入和换出两个动作

换出：把进程暂时不用的额内存存到磁盘中，并释放这些数据占用的内存

换入：进程再次访问这些内存的时候，从磁盘读取数据到内存。

二、swap内存回收的情况

1）请求大块内存时，剩余内存不足，系统会回收一部分内存，swap内存会被回收

2）内核线程kswapd0，会定期回收内存。什么情况下回收有三个内存阈值，pages_min,pages_low，pages_high。页低阈值通过内核选项/proc/sys/vm/min_free_kbytes来配置页最小阈值，其他两个参数通过最小阈值计算生成。

• 剩余内存<页最小阈值，说明进程可用内存都耗尽了，只有内核才可以分配内存。
• 页最小值 <剩余内存<页低阈值，内存压力大。kswapd0会执行内存回收，指导剩余的内存大于高阈值为止。
• 页低阈值<剩余内存<页高阈值，说明内存有一定压力，但可以满足内存的使用请求。
• 剩余内存>页高阈值, 说明内存非常充足。

#cat  /proc/zoneinfo

Node 0, zone   Normal
  pages free     459160
        min      10552
        low      13190
        high     15828
...
      nr_free_pages 459160
      nr_zone_inactive_anon 176665
      nr_zone_active_anon 261
      nr_zone_inactive_file 255910
      nr_zone_active_file 195346
      nr_zone_unevictable 0
      nr_zone_write_pending 10

min,low,high是最小，低，高内存的阈值。

nr_zone_inactive_anon，nr_zone_active_anon 分别是活跃和非活跃的匿名页数
nr_zone_inactive_file，nr_zone_active_file 分别是活跃和非活跃的文件页数

三、NUMA架构下的Swap说明

swap内存升高，说明没有内存可用，有时会发现系统剩余内存还有很多，为什么还会发生Swap？ NUMA下会发生，多处理器被划分为不同Node上。

当某个Node内不足时，系统可用从其他Node寻址内存空间，也可以从本地中回收内存。内存参数/proc/sys/vm/zone_reclaim_mode可以调整。

默认0，可以从其他Node寻找内存，也可以从本地回收内存

1,2,4 三个值都表示只回收本地内存，2，可以回写脏数据回收内存，4，可以用Swap方式回收内存。

四、回收策略

对文件页回收，直接回收内存，或者把脏页写会磁盘后再回收

对匿名页回收，Swap机制，把数据写入磁盘后再释放内存。

Swap内存回收的积极性调整  /proc/sys/vm/swappiness

swappiness的范围0-100，值越大越积极使用Swap，也就是回收匿名页，反之倾向于回收页文件。

当值为0时，当剩余内存+文件页小于页高阈值时，还是会发生Swap

五、实验

当Swap使用升高时，如何定位分析呢？

总体监控图如下，三个终端

 使用的命令与参数

5.1、系统启用swap机制，如果free有swap则代表已经开启

# 创建Swap文件
# fallocate -l 2G /mnt/swapfile
# chmod 600 /mnt/swapfile
# mkswap /mnt/swapfile
# swapon /mnt/swapfile

5.2、模拟数据读取

dd if=/dev/sda1 of=/dev/null bs=1G count=2048

5.3、使用sar -r -S 1 查看内存使用情况

kbmemfree不断减少，kbbuffer不断增大，并逐渐趋于稳定，说明剩余内存空间分配给了缓冲区。

剩余内存很小后，Swap使用逐渐增大

5.4、使用watch -d grep -A 15 'Normal' /proc/zoneinfo 观察内存三值的波动

pages free在不断变化，。当值小于pages_low时，又突然增大到高于pages_high的值

5.5，查看swappiness的值

#cat /proc/sys/vm/swappiness
60

监控输出解析 

1. 剩余内存和缓冲区的波动，由于内存回收和缓存再分配的循环操作；
2. 当剩余内存小于页低阈值时，系统会回收一些缓存和匿名内存；
3. 匿名缓冲区的回收导致Swap 的使用增大；
4. 剩余内存又重新分配给缓存，导致剩余内存减少，缓冲区增大；
5. swappiness值60，系统会根据实际情况，选择回收类型（不活跃的匿名页或不活跃的文件页）；

六、总结

• 内存资源紧张时，linux会通过Swap,把不常用的匿名页换出到磁盘，访问时再从磁盘换入到内存；
• 系统定期回收的阈值通过/proc/sys/vm/min_free_kbytes 调整；
• 页回收的倾向通过 /proc/sys/vm/wappiness 调整；
• 监控策略sar,/proc/zoneinfo查看。

参考链接

https://course.0voice.com/v1/course/intro?courseId=2&agentId=0