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Linux 交换空间管理

news 2025/9/24 16:56:07

文章目录

Linux 交换空间管理
- 计算机存储器的层次结构
- 计算机存储器的工作原理
- 物理内存
- Swap 空间
- - 查看内存
  - Swap 空间大小
  - 创建交换空间
  - 激活与取消swap 空间
  - 持久化激活 swap 空间

Linux 交换空间管理

计算机存储器的层次结构

计算机存储器的速度与成本通常成正比，为了实现良好的性能 / 价格比，各种存储器组成一个层状的塔式结构，相互配合工作。

CPU 寄存器：是 CPU 内部用于存放数据的小型存储区域，可暂时存放参与运算的数据、运算结果以及 CPU 运行所需的信息。
CPU 高速缓存（CPU Cache）：一种容量小、速度快的高缓冲存储器，由 SRAM 组成，直接制作在 CPU 芯片内，速度接近 CPU。在存储体系中位于第二层，仅次于 CPU 寄存器，容量远小于内存，但速度可接近处理器频率。
主存储器（Main memory，简称主存或内存）

：用于存放指令和数据，能由中央处理器直接随机存取。其速度比 CPU 高速缓存慢，但存储容量大得多。
- 速度：一般用存取时间衡量，即每次与 CPU 间数据处理耗费的时间，单位为纳秒 (ns)，多数 SDRAM 内存芯片的存取时间为 5、6、7、8 或 10ns。
- 带宽
  
  ：计算公式为带宽＝频率 × 位宽 ÷8。例如，DDR4 内存频率是 3600MHz，在 64 位系统中：
  - 单通道 DDR4 - 3600：3600MHz×64bit÷8 = 28800MB/S
  - 双通道 DDR4 - 3600：3600MHz×64bit×2÷8 = 57600MB/S
辅助存储器：速度较慢，但容量大，可实现持久化存储，如机械磁盘、光盘、U 盘等。

计算机存储器的工作原理

CPU 运行程序时，数据读取遵循以下流程：

先从寄存器中读取数据，若找到则直接读取；若未找到，从 CPU Cache 中读取，并将数据缓存在 CPU Cache 中。
若在 CPU Cache 中找到数据，直接读取；若未找到，从主存储器（内存）中读取，并将数据缓存在主存储器中。
若在内存中找到数据，直接读取；若未找到，从辅助存储器中读取，并将数据缓存在内存中。

物理内存

计算机系统将内存划分为固定大小的块，称为 page，标准 page 大小为 4KiB。进程不直接对物理内存寻址，每个进程都有虚拟地址空间（virtual address space）。当进程请求内存时，内存管理单元（MMU）会将进程获得的虚拟地址（VA，Virtual Address）映射到物理地址（PA，Physical Address）。

MMU 是 CPU 中用于管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，负责虚拟地址到物理地址的映射，并提供硬件机制的内存访问授权。

Swap 空间

在 Linux 系统中，Swap（交换）空间是受内核内存子系统控制的磁盘区域，其核心作用是在物理内存不足时提供辅助支持，类似于 Windows 系统中的虚拟内存（pagefile.sys）。

Swap，意思是“交换”、“实物交易”。Linux Swap（交换）空间是受Linux内核内存子系统控制的磁盘区域。

功能1：当内存使用量超过定义的限制时，内核寻找已分配给进程但空闲的内存页，将该空闲的内存页写入到交换空间，并向其他进程重新分配RAM页面。
功能2：如果某个程序需要访问磁盘上的页面，则内核会找到另一个空闲的内存页，将其写入到磁盘，然后从交换区重新调用所需的页面。
功能3：如果某个程序需要访问数据，访问的数据存放在交换空间，则该程序直接从交换空间读取数据，而不需要从磁盘原始位置读取，进而提高速度。

主要功能

内存调剂：当物理内存使用量超过设定限制时，内核会找出已分配给进程但暂时空闲的内存页，将其写入交换空间，释放出的物理内存供其他进程使用。
页面调度：若程序需要访问已被换出到磁盘的页面，内核会先将另一块空闲内存页写入磁盘，再从交换空间调回所需页面。
加速访问：若程序所需数据已在交换空间中，可直接从交换空间读取，无需从原始磁盘位置读取，提升访问速度。

查看内存

可使用 free 命令查看内存情况，默认单位是 KiB，使用 -m 选项可改为以 MiB 为单位：

[root@centos7 ~]# free total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        4026156      330460     3528844       12136      166852     3485576
Swap:       4063228           0     4063228

输出说明：

Mem
- total：物理内存空间大小。
- used：使用的内存（total - free - buffers - cache）。
- free：未使用的内存空间大小（真正空闲，未被任何程序占用）。
- shared：多个进程共享的内存空间大小。
- cached：从磁盘读取的数据占用的内存空间大小，供以后使用（数据未被修改）。
- buffers：被更改但未写回磁盘的数据占用的内存空间大小。
Swap
- total：交换空间大小。
- used：使用的交换空间大小。
- free：未使用的交换空间大小。

Swap 空间大小

管理员应根据系统的内存工作负载调整交换空间大小，应用供应商有时会提供相关建议。根据物理内存总量，有以下指导：

物理内存 (RAM)	交换空间	允许 HIBERNATE 时的交换空间
2GiB 或以下	两倍的 RAM	三倍的 RAM
2GiB 和 8GiB 之间	同等的 RAM	两倍的 RAM
8GiB 和 64GiB 之间	至少 4GiB	1.5 倍的 RAM
64GiB 以上	至少 4GiB	不建议 Hibernate

笔记本电脑和台式机的 Hibernate 功能会在关闭系统电源前用交换空间保存 RAM 内容，重新开机时，内核从交换空间恢复 RAM 内容，无需完全启动，这类系统的交换空间需要超过 RAM 量。

创建交换空间

[root@server ~ 14:57:06]# lsblk
NAME                MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda                   8:0    0   50G  0 disk 
├─sda1                8:1    0    1G  0 part /boot
└─sda2                8:2    0   49G  0 part ├─centos_c01-root 253:0    0   47G  0 lvm  /└─centos_c01-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
sdb                   8:16   0   20G  0 disk 
sdc                   8:32   0   20G  0 disk 
sdd                   8:48   0   20G  0 disk 
sde                   8:64   0   20G  0 disk 
sdf                   8:80   0   20G  0 disk 
sdg                   8:96   0   20G  0 disk 
sr0                  11:0    1  4.4G  0 rom  
[root@server ~ 14:57:10]# parted /dev/sdb mklabel gpt
信息: You may need to update /etc/fstab.# 使用parted创建所需大小的分区并将其文件系统类型设置为linux-swap
[root@server ~ 15:00:34]# parted /dev/sdb unit MiB mkpart swap linux-swap 1 2049
信息: You may need to update /etc/fstab.[root@server ~ 15:01:57]# parted /dev/sdb unit MiB print
Model: ATA VMware Virtual S (scsi)
Disk /dev/sdb: 20480MiB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags: Number  Start    End      Size     File system  Name  标志1      1.00MiB  2049MiB  2048MiB               swap[root@server ~ 15:02:15]# lsblk /dev/sdb
NAME   MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sdb      8:16   0  20G  0 disk 
└─sdb1   8:17   0   2G  0 part # 格式化swap空间
[root@server ~ 15:03:03]# mkswap /dev/sdb1
mkswap: /dev/sdb1: warning: wiping old xfs signature.
正在设置交换空间版本 1，大小 = 2097148 KiB
无标签，UUID=7c677930-d6a3-499b-8699-8fc153d608b9

激活与取消swap 空间

默认情况下，多个交换空间具有相同的优先级时，系统会按顺序使用交换空间，即内核先使用第一个已激活交换空间，直至其空间已满，然后开始使用第二个交换空间。在激活交换分区的时候，可以为每个交换空间定义一个优先级，从而强制按该顺序使用交换空间。

[root@server ~ 15:10:22]# swapoff -a
[root@server ~ 15:10:36]# swapon -s
[root@server ~ 15:10:39]# swapon -a
[root@server ~ 15:10:43]# swapon -s
文件名                          类型            大小    已用    权限
/dev/dm-1                               partition       2097148 0       -2
/dev/sdb1                               partition       2097148 0       -3

持久化激活 swap 空间

修改/etc/fstab文件，添加如下类似记录：

UUID=7c677930-d6a3-499b-8699-8fc153d608b9  swap                    swap    defaults        0 0

使用命令swapon -a激活/etc/fstab中所有交换设备。

使用命令swapoff -a取消/etc/fstab中所有交换设备激活。

[root@server ~ 15:07:40]# blkid /dev/sdb1
/dev/sdb1: UUID="7c677930-d6a3-499b-8699-8fc153d608b9" TYPE="swap" PARTLABEL="swap" PARTUUID="21241760-2b20-42a5-8559-f259536b3a48" 
[root@server ~ 15:09:07]# vim /etc/fstab 
[root@server ~ 15:13:08]# cat /etc/fstab #
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Tue Sep  2 10:18:33 2025
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
/dev/mapper/centos_c01-root /                       xfs     defaults        0 0
UUID=4cedadff-6f74-4816-8b1c-ffff69c5ba45 /boot                   xfs     defaults        0 0
/dev/mapper/centos_c01-swap swap                    swap    defaults        0 0
UUID=7c677930-d6a3-499b-8699-8fc153d608b9  swap                    swap    defaults        0 0
[root@server ~ 15:13:19]# freetotal        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        4026116      170400     2821032       11852     1034684     3624488
Swap:       4194296           0     4194296
[root@server ~ 15:13:33]# reboot连接断开
连接主机...
连接主机成功
Last login: Tue Sep 23 10:43:07 2025 from 10.1.8.1
[root@server ~ 15:14:44]# swapon -s
文件名                          类型            大小    已用    权限
/dev/sdb1                               partition       2097148 0       -2
/dev/dm-1                               partition       2097148 0       -3
[root@server ~ 15:14:53]# freetotal        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        4026124      163396     3746420       11860      116308     3678092
Swap:       4194296           0     4194296