Linux Swap

Swap:

页面换出:就是在 Swap 机制下,当内存资源紧张时,内核就会把不经常使用的这些匿名页中的数据写入到 Swap 分区或者 Swap 文件中。从而释放这些数据所占用的内存空间。

页面换入:就是当进程再次访问那些被换出的数据时,内核会重新将这些数据从 Swap 分区或者 Swap 文件中读取到内存中来。

内核将物理内存划分成一页一页的单位进行管理(每页 4K 大小)。内存回收的单位也是按页来的。在内核中,物理内存页有两种类型,针对这两种类型的物理内存页,内核会有不同的回收机制。

第一种就是文件页,所谓文件页就是其物理内存页中的数据来自于磁盘中的文件,当我们进行文件读取的时候,内核会根据局部性原理将读取的磁盘数据缓存在 page cache 中,page cache 里存放的就是文件页。当进程再次读取读文件页中的数据时,内核直接会从 page cache 中获取并拷贝给进程,省去了读取磁盘的开销。

对于文件页的回收通常会比较简单,因为文件页中的数据来自于磁盘,所以当回收文件页的时候直接回收就可以了,当进程再次读取文件页时,大不了再从磁盘中重新读取就是了。

但是当进程已经对文件页进行修改过但还没来得及同步回磁盘,此时文件页就是脏页,不能直接进行回收,需要先将脏页回写到磁盘中才能进行回收。

我们可以在进程中通过  fsync()  系统调用将指定文件的所有脏页同步回写到磁盘,同时内核也会根据一定的条件唤醒专门用于回写脏页的 pflush 内核线程。

而另外一种物理页类型是匿名页,所谓匿名页就是它背后并没有一个磁盘中的文件作为数据来源,匿名页中的数据都是通过进程运行过程中产生的,比如我们应用程序中动态分配的堆内存。

当内存资源紧张需要对不经常使用的那些匿名页进行回收时,因为匿名页的背后没有一个磁盘中的文件做依托,所以匿名页不能像文件页那样直接回收,无论匿名页是不是脏页,都需要先将匿名页中的数据先保存在磁盘空间中,然后在对匿名页进行回收。

并把释放出来的这部分内存分配给更需要的进程使用,当进程再次访问这块内存时,在重新把之前匿名页中的数据从磁盘空间中读取到内存就可以了,而这块磁盘空间可以是单独的一片磁盘分区(Swap 分区)或者是一个特殊的文件(Swap 文件)。匿名页的回收机制就是我们经常看到的 Swap 机制。

综上所述,物理内存区域中的内存回收分为文件页回收(通过 pflush 内核线程)和匿名页回收(通过 kswapd 内核进程)。Swap 机制主要针对的是匿名页回收。

那么到底什么时候内存才算是紧张的?紧张到什么程度才开始 Swap 呢?

内核会为每个 NUMA 节点中的每个物理内存区域定制三条用于指示内存容量的水位线,分别是:WMARK_MIN(页最小阈值), WMARK_LOW (页低阈值),WMARK_HIGH(页高阈值)。

 

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