linux性能优化-交换分区（什么是linux的交换分区）

发生内存泄漏时，会导致两种可能结果：内存回收和OOM杀死进程。

内存回收：系统释放掉可以回收的内存，比如缓存和缓冲区，都属于可回收内存。在内存管理中，被称为文件页file-backed page.

大部分文件页都可以直接回收，有数据时再从磁盘重新读取就可以了。而被应用程序修改过，暂时没有写入磁盘的数据(脏页)，得先写入磁盘，才能进行内存释放。

脏页可以通过两种方式写盘：

• 在应用程序中，通过系统调用fsync，把脏页同步写到磁盘
• 由内核线程pdflush把这些脏页刷新

除了缓冲区和缓存，通过内存映射获取的文件映射页，也是一种文件页，可以被释放掉，下次再访问，从文件重新读取；除了文件页外，应用程序动态分配的堆内存，即内存管理中的匿名页，是否可以回收。

这些很可能还要再次被访问，不能直接回收，但是如果这些内存分配后很少被访问，是不是可以先存在磁盘，释放给其他需要的进程？

正是 Linux的Swap机制。Swap把这些不常访问的内存先写到磁盘中，然后释放这些内存，给其他更需要的进程使用。再次访问这些内存时，重新从磁盘读入内存就可 以了。

swap原理

swap就是把一块磁盘空间或者本地文件，当成内存使用，包括换入换出两个过程；

• 换出：把进程暂时不同的内存数据存储到磁盘中，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，把它们从磁盘读到内存中来

Swap 其实是把系统的可用内存变大了。这样，即使服务器的内存不足，也可以运行大内存的应用程序。

场景一：内存不足时，有些应用程序不想被OOM杀死，想缓一段时间，等待人工介入，或者等待系统释放其它进程内存，再分配给它；

场景二：常见的笔记本电脑的休眠和快速开机的功能，也基于 Swap 。休眠时，把系统的内存存入磁盘，这样等到再次开机时，只要从磁盘中加载内存就可以。这样就省去 了很多应用程序的初始化过程，加快了开机速度。

swap为了回收内存，linux什么时候需要回收内存，怎么衡量内存紧张？

当有新的大块内存分配请求，但是剩余内存不足，此时系统需要回收一部分内存，进而尽可能满足新内存请求，这个过程被称为直接内存回收。

除了直接内存回收，还有一个内核线程定期回收内存kswapd0，为了衡量内存使用情况，kswapd0定义了三个内存阈值watermark：页最小阈值pages_min，页低阈值pages_low,页高阈值pages_high；剩余内存：使用pages_free.

kswapd0定期扫描内存使用情况，根据剩余内存落在三个阈值的空间位置，进行内存回收操作：

• 剩余内存小于页小阈值，说明可用内存都耗尽了，只有内核才可以分配内存；
• 剩余内存落在页最小阈值和页低阈值中间，说明内存压力比较大，剩余内存不多了，此时kswapd0会执行内存回收；
• 落在页低阈值和页高阈值间，说明内存有一定压力，但还可以满足新内存请求；
• 剩余内存大于页高阈值，说明内存比较多，没有压力

NUMA与SWAP

很多情况，发现swap升高，在分析系统内存使用时，却发现系统剩余内存还很多，什么情况下剩余内存很多，但是也会发生swap升高呢?

正是处理器NUMA(non-uniform memory access)架构导致的

numa架构下，多个处理器被划分到不同Node上，且每个Node都拥有自己本地内存空间。而同一个Node内部的内存空间，实际上又可以进一步分为不同的内存域(Zone)，比 如直接内存访问区(DMA)、普通内存区(NORMAL)、伪内存区(MOVABLE)。

同一个Node内部的内存空间，可以进一步分为不同内存域Zone，比如直接内存访问区DMA、普通内存区Normal、伪内存区movable。

页阈值配置

/proc/sys/vm/min_free_kbytes

numactl --hardware 查看处理器在Node的分布情况

NUMA架构和NUMA内存和swap有什么关系？查看三个内存阈值：/proc/zoneinfo

某个 Node内存不足时，系统可以从其他Node寻找空闲内存，也可以从本地内存 中回收内存。具体选哪种模式，你可以通过/proc/sys/vm/zone_reclaim_mode 来调 整。它支持以下几个选项:

• 默认的0，也就是刚刚提到的模式，表示既可以从其他Node寻找空闲内存，也可以从 本地回收内存。
• 1、2、4都表示只回收本地内存，2表示可以回写脏数据回收内存，4表示可以用 Swap 方式回收内存。

swappines

内存回收机制，既包括了文件页，又包括了匿名页；

• 对文件页的回收，直接回收缓存，或者把脏页写回磁盘再回收；
• 对匿名页的回收，通过swap机制，先写入磁盘再释放内存

有两种不同内存回收机制，实际回收时，应该先回收哪一种呢

linux提供一个/proc/sys/vm/swappiness选项，调整swap积极程度，范围0-100，数值越大，更倾向于回收匿名页；数值越小，更倾向于回收文件页。

小结

内存资源紧张时，Linux 通过直接内存回收和定期扫描的方式，来释放文件页和匿名 页，以便把内存分配给更需要的进程使用

• 文件页的回收比较容易理解，直接清空，或者把脏数据写回磁盘后再释放
• 对匿名页的回收，需要通过 Swap 换出到磁盘中，下次访问时，再从磁盘换入到内存 中

可以设置/proc/sys/vm/min_free_kbytes，来调整系统定期回收内存的阈值(也就是 页低阈值)，还可以设置 /proc/sys/vm/swappiness，来调整文件页和匿名页的回收倾向；

在 NUMA 架构下，每个 Node 都有自己的本地内存空间，而当本地内存不足时，默认既 可以从其他 Node 寻找空闲内存，也可以从本地内存回收。可以设置 /proc/sys/vm/zone_reclaim_mode ，来调整 NUMA 本地内存的回收策略。

定位swap升高问题

开启 Swap,其实Linux本身支持两种类型的Swap，即 Swap 分区和 Swap 文件。

当 Swap变高时，你可以用 sar、/proc/zoneinfo、/proc/pid/status等方法，查看系统 和进程的内存使用情况，进而找出 Swap 升高的根源和受影响的进程。 反过来说，通常，降低 Swap 的使用，可以提高系统的整体性能，可以通过如下方式：

• 禁止 Swap，现在服务器的内存足够大，所以除非有必要，禁用Swap就可以了。随着 云计算的普及，大部分云平台中的虚拟机都默认禁止 Swap
• 如果实在需要用到 Swap，可以尝试降低 swappiness的值，减少内存回收时Swap的使用倾向。
• 响应延迟敏感的应用，如果它们可能在开启 Swap 的服务器中运行，你还可以用库函数 mlock() 或者 mlockall()锁定内存，阻止它们的内存换出

桌面环境：

• 配置swap：在系统变慢的时候能感觉到，可能还有机会杀掉一些进程和保存当前工作进度，当然也会出现慢的想砸电脑的情况，不过在磁盘如此廉价的情况下，浪费点磁盘空间换取这样的一个机会还是值得的
• 没配swap：内核的OOM killer被触发，可能连保存工作进度的机会都没有

服务器环境服务器一般都会配置监控程序，当内存用量达到一个阈值的时候告警或者会自动重启异常的进程。但如果没有监控呢?当内存被用光的时候，分两种情况：

• 配置了swap：这时服务器还能提供服务，但性能会降低好几个档次，直到最终处于几乎死机状态，并且这一过程将持续很长一段时间，对服务器来说是个灾难;所以配置swap只能让服务再苟延残喘一会儿，然后就是长时间的服务中断(比如原来是每秒处理1000个请求的服务器，由于频繁使用swap，导致现在每秒只能处理50个请求，站在系统角度，进程还在运行，但是在业务角度服务已经几乎中断了)
• 没配置swap：这时内核的OOM killer被触发，在默认配置下，耗内存的进程会被优先kill掉，这种进程一般就是我们的业务进程，这时守护进程就会自动重启该业务进程(没有守护进程?开什么玩笑)，这种情况只会造成服务中断一会会儿(取决于进程重启的时间)，不会出现上面因配置了swap而导致性能很差且服务持续中断的情况。就算OOM killer没有kill掉预期的进程，我们通过测试也能发现，然后将OOM killer配置成重启系统，那也比配置了swap在那里苟延残喘的好

在Linux里swap有两个意思：

1. 动词：交换。内存和磁盘的颠簸行为。
2. 名词：硬盘的swap分区。

没有文件背景的页面，即匿名页（anonymous page），如堆，栈，数据段等，不是以文件形式存在，因此无法和磁盘文件交换，但可以通过硬盘上划分额外的swap交换分区或使用交换文件进行交换。即上面wap作为名词的意思。Swap分区可以将不活跃的页交换到硬盘中，缓解内存紧张。

注意，即使没有swap分区，也会存在swap行为，因为有文件背景的页面（file-backed page）也会有swap，即第1点的磁盘和内存之间的交换。

对于有文件背景的页面，程序去读文件时，可以通过read也可以通过mmap去读。当你通过任何一种方式从磁盘读文件时，内核都会给你申请一个page cache，来缓存硬盘上的内容。这样的话，读过一遍的数据，本进程或其他进程下次再读的时候就直接从page cache里去拿，就很快了，提升系统的整体性能。因此用户的read/write实际上是跟page cache的相互拷贝。 而用户的mmap则会将一段虚拟地址（3G）以下映射到page cache上，这样的话，用户就可以通过读写这段虚拟地址来修改文件内容，省去了内核和用户之间的拷贝。

所以文件对于用户程序来讲其实只是内存，page cache就是磁盘中文件的一个副本。可以通过 “echo 3 > /proc/sys/vm/drop_cache” 来清cache。清掉之后，进程第一次读文件就会变慢

内存分配原理中，还有一种常见的异常：缺页异常；

• 可以直接从物理内存中分配，被称为次缺页异常；
• 需要磁盘IO介入(swap)，被称为主缺页异常

主缺页异常升高，就意味着需要磁盘I/O，那么内存访问也会慢很多。

除了系统内存和进程内存，第三类重要指标就是 Swap 的使用情况，比如 Swap 的已用空间、剩余空间、换入速度和换出速度等。已用空间和剩余空间很好理解，就是字面上的意思，已经使用和没有使用的内存空间。换入和换出速度，则表示每秒钟换入和换出内存的大小