Linux-Swap分区使用与扩容

一、背景

        在Linux系统中，swap空间（通常称为swap分区）是一个用于补充内存资源的重要组件。当系统的物理RAM不足时，Linux会将一部分不经常使用的内存页面移动到硬盘上的swap空间中，这个过程被称为分页（paging）或交换（swapping）。这样可以为更重要的进程腾出物理内存，从而保持系统的高效运行。

        平时我们没太注意swap分区的作用以及如何扩容等操作，接下来进行详解。

        swap分区大小设置规则，在生产环境中，交换分区的大小一般为真实物理内存的1.5～2倍，在Linux系统，我们可以参照Redhat公司为RHEL5、RHEL6推荐的SWAP空间的大小划分原则，在你没有其他特别需求时，可以作为很好的参考依据:

        1、内存小于4GB时，推荐不少于2GB的swap空间；

        2、内存4GB~16GB，推荐不少于4GB的swap空间；

        3、内存16GB~64GB，推荐不少于8GB的swap空间；

        4、内存64GB~256GB，推荐不少于16GB的swap空间。

二、应用场景

1、开启swap分区

1. 增加可用内存

• 内存扩展：当物理内存不足时，swap分区可以作为一个虚拟内存扩展，允许操作系统将部分不活跃的数据从物理内存中移到磁盘上，从而释放物理内存供其他进程使用。
• 提高并发能力：通过提供额外的内存空间，swap可以允许更多的进程同时运行，即使它们占用了大量的内存。

2. 提高系统稳定性

• 防止内存耗尽：当系统面临内存压力时，swap可以作为最后一道防线，防止由于内存耗尽而导致的系统崩溃或不稳定。
• 避免OOM killer：当系统内存非常紧张时，Linux的OOM killer（Out of Memory Killer）可能会终止某些进程以释放内存。而swap的存在可以缓解这种情况，降低进程被强制终止的风险。

3. 进程调度灵活性

• 内存管理灵活性：swap分区的存在使得内核在进行内存管理时更加灵活，可以根据当前的内存使用情况动态调整哪些数据保留在内存中，哪些数据可以暂时移到磁盘上。
• 负载均衡：通过swap机制，可以动态平衡系统中各个进程对内存的需求，从而达到更好的负载均衡。

4. 数据保护

• 持久性存储：即使在系统重启之后，swap分区中的数据也会被清空，但至少在重启之前，它可以作为一个临时的存储空间来保护数据，防止因内存不足而导致的数据丢失。

2、关闭swap分区

1. 提高性能

• 减少磁盘I/O：关闭swap可以减少磁盘输入输出（I/O）操作，因为没有数据会被频繁地交换到磁盘上。这对于那些对延迟敏感的应用尤其重要。
• 减少碎片：频繁使用swap可能会导致磁盘上的数据碎片化，关闭swap可以减少这种碎片化的风险。

     1、例如安装MySQL、Elastic、K8S等相对吃性能的服务和软件，通常建议就是执行swapoff -a关闭swap分区，从而提高性能。

    没有了Swap分区，直接使用物理内存，从而减少磁盘IO的交互次数，提高性能.

     2、现在内存卡很便宜， 说实在的， 控制程序使用内存合理， 从而避免OOM的方式相对比使用Swap来避免更为高效。  

2. 提高安全性

• 数据保密性：关闭swap可以防止敏感数据被写入磁盘，从而减少了数据泄露的风险。这对于处理机密数据的系统尤为重要。
• 防止未授权访问：swap文件或分区中的数据可能包含敏感信息，关闭swap可以防止在磁盘上留下这些数据，从而提高系统的安全性。

3. 更好的内存管理

• 内存利用率更高：关闭swap意味着所有运行中的进程必须完全驻留在物理内存中，这促使系统管理员更精细地管理内存资源，确保每个进程都能得到足够的内存。
• 内存一致性：关闭swap可以确保内存的一致性，因为所有数据都在RAM中，不会出现由于swap导致的数据不同步问题。

4. 适合现代硬件配置

• 充足的RAM：对于拥有大量RAM的现代服务器或工作站，关闭swap可以充分利用高速内存的优势，减少对较慢的磁盘存储的依赖。
• 内存密集型应用：对于那些需要高度一致性和快速响应时间的应用程序，关闭swap可以提供更好的性能保障。

5. 便于故障排查

• 简化调试：关闭swap可以简化系统调试过程，因为不再需要考虑swap对系统行为的影响。
• 明确的内存使用模式：没有swap的情况下，内存使用模式更加明确，有助于诊断和解决问题。

三、硬盘分区扩容swap

        出于某些原因，例如自己为了省钱买了国外的服务器1-2G内存， 像运行更多的程序，但是仅仅使用物理内存有不够，那么可以稍微扩容一下swap分区，能够支撑程序运行起来。

        虽然性能会差一点，但是总归程序能跑起来吧，也能将就用一下。

1、针对硬盘划分分区

fdisk /dev/sdc

  划分一个分区出来，大小自己定。例如我们的swap本来只有2G，现在想扩容后到4G,需要再扩2G. 所以再分一个2G分区出来:

   此时分区默认的ID是83

2、更改分区ID从83变为82

      我们可以查看fdisk的-l命令，看到分区类型不同ID代表的含义，82是swap分区类型的ID，需要改为82， 默认是83:

        执行t,  输入分区编号， 输入83， 最后w保存即可。

3、mkswap格式化分区

        和普通分区一样，要使用，需要进行格式化分区的文件系统，最后才能挂载使用。swap分区也是如此，只不过不再使用mkfs命令而是mkswap进行格式化。

mkswap /dev/sdc1

4、临时挂载: swapon /dev/sdc1

        临时挂载swap分区进行扩容:

swapon /dev/sdc1

        查看扩容后的结果:

 5、永久挂载swap

        修改/etc/fstab，将挂载命令写入即可，重启后才能正常应用，否则每次需要手动挂载.

四、单文件作为swap分区

1、需求

        这个需求比较有意思。 情况是这样的，我购买的云服务器只有一个盘，这个盘还只分一个分区，这个分区挂在了/根分区上。

        但是现在尴尬了，我的物理内存是1G，我想给2G的一个swap分区，又不想花钱再买一块盘了。那咋整?        

        可以使用单文件作为swap分区，这个就有意思了。 完全可以通过单文件充当swap分区

2、创建/swapfile单文件

fallocate -l 2G /swapfile

   chmod 600  /swapfile

3、使用dd填充初始化文件

dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1M count=2048

 4、mkswap格式化文件

mkswap /swapfile

5、swapon启用/swapfile分区

swapon /swapfile

6、永久启用swap文件

        编辑/etc/fstab文件，文件追加写入即可

/swapfile none swap defaults 0 0

 7、查看free -h ，已经添加了swap分区

五、总结

        swap分区看情况吧，内存很富裕的情况下，并且对性能要求高，那么建议直接关闭算了，减少内存和硬盘IO交换的过程。

        内存很紧缺的情况下， 并且对性能要求也没那么高，让多一点程序能跑起来，那么可以尝试开启swap分区或者扩容swap分区，勉强撑一下也行。

        但是对于MySQL、Kafka、K8S节点这些，建议Swap关闭吧，毕竟性能还是要保证的，内存也不贵，这些服务也不至于给8G、16G的内存卡吧，好说歹说基本都是32G起步。

        Swap分区不仅可以使用磁盘分区，还可以使用单文件作为swap分区哟，这个很有意思，有时候也有点用处的^^