一、Swap 原理

前面提到，Swap 說白了就是把一塊磁盤空間或者一個本地文件（以下講解以磁盤為例），當成內存來使用。它包括換出和換入兩個過程

1、所謂換出

就是把進程暫時不用的內存數據存儲到磁盤中，並釋放這些數據占用的內存。

2、換入

則是在進程再次訪問這些內存的時候，把它們從磁盤讀到內存中來

所以你看，Swap 其實是把系統的可用內存變大了。這樣，即使服務器的內存不足，也可以運行大內存的應用程序

3、應用場景

即是內存不足時，有些程序也並不像被OOM殺死，二十希望能緩一段時間，等待人工介入，或者等系統自動釋放其他程序的內存，再分配給它(可以給運維人員處理故障一個緩沖的時間)

常見的筆記本電腦休眠和快速開機的功能，也基於Swap ，休眠時，把系統內存存入磁盤，這樣等到再次開機時，只要從磁盤中加載內存就可以，這樣就省去了很多應用程序的初始化過程，加快了開機速度

二、那麽 Linux 到底在什麽時候需要回收內存呢？

1、直接內存回收

有新的大塊內存分配請求，但是剩余內存不足，這個時候系統就需要回收一部分內存(比如前面提到的緩存)，進而盡可能地滿足新內存請求，這個過程被稱為直接內存回收

2、kswapd0(定期回收內存)

1、剩余內存頁<最小閾值

root@openstack:~#  free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           4.9G        114M        4.0G        992K        770M        4.5G
Swap:          3.9G          0B        3.9G
root@openstack:~# cat /proc/sys/vm/min_free_kbytes
67584

說明進程可用內存都耗盡了，只有內核才可以分配內存

2、頁最小閾值<剩余內存頁<頁低閾值

內存壓力比較大，剩余內存不多了，這是kswapd0會執行內存回收，直接剩余內存大於高閾值為止

3、頁低閾值<剩余內存<頁高閾值

說明有一定壓力，但還可以滿足新內存請求

4、剩余內存>頁高閾值

說明剩余內存比較多，沒有內存壓力

watch -d grep -A 15 ‘Normal‘ /proc/zoneinfo
Every 2.0s: grep -A 15 Normal /proc/zoneinfo                                                                              openstack: Wed Feb  6 08:45:01 2019

Node 0, zone   Normal
  pages free     146583
        min      4986
        low      6232
        high     7478
        spanned  399872
        present  399872
        managed  373102
        protection: (0, 0, 0, 0, 0)
      nr_free_pages 146583
      nr_zone_inactive_anon 35
      nr_zone_active_anon 11422
      nr_zone_inactive_file 64699
      nr_zone_active_file 120441
      nr_zone_unevictable 1352
      nr_zone_write_pending 0　

三、為什麽剩余內存很多的情況下，也會發生 Swap 呢？

這正是處理器的 NUMA （Non-Uniform Memory Access）架構導致的。

在 NUMA 架構下，多個處理器被劃分到不同 Node 上，且每個 Node 都擁有自己的本地內存空間。

而通一個Node內部的內存空間實際上可以進一步分為不同的內存域。比如直接內存訪問區域、普通內存區,偽內存去等如下圖所示

1、通過numactl查詢node的分布情況

root@openstack:~# numactl --hardware
available: 1 nodes (0)
node 0 cpus: 0 1
node 0 size: 4976 MB
node 0 free: 4088 MB
node distances:
node   0
  0:  10

1、NUMA和swap什麽關系？

1、三個內存閾值（頁最小閾值、頁低閾值和頁高閾值）查詢

cat  /proc/zoneinfo
Node 0, zone   Normal
  pages free     146583
        min      4986
        low      6232
        high     7478
        spanned  399872
        present  399872
        managed  373102
        protection: (0, 0, 0, 0, 0)
      nr_free_pages 146583
      nr_zone_inactive_anon 35
      nr_zone_active_anon 11422
      nr_zone_inactive_file 64699
      nr_zone_active_file 120441
      nr_zone_unevictable 1352
      nr_zone_write_pending 0　

1、pages 處的 min、low、high，就是上面提到的三個內存閾值，而 free 是剩余內存頁數，它跟後面的nr_free_pages 相同

2、nr_zone_active_anon 和 nr_zone_inactive_anon，分別是活躍和非活躍的一名頁數

3、nr_zone_active_file 和 nr_zone_inactive_anon，分別是活躍和非活躍的文件頁數

從這個輸出結果可以發現，剩余內存遠大於高閾值，所以此時的不會回收內存

2、Node尋找空閑內存還是本地內存中回收內存？

root@openstack:~# cat /proc/sys/vm/zone_reclaim_mode
0

默認的0，也就是剛剛提到的模式，表示既可以從其他Node尋找空閑內存，也可以從本地回收內存

1、1、2、4都表示只回收本地內存，
2、2表示可以回寫臟數據回收內存
3、4表示可以用方式回收

3、到底該先回收哪一種呢？

1、對文件頁的回收

當然就是直接回收緩存，或者把臟頁寫回磁盤後再回收

2、而對匿名頁的回收

其實就是通過 Swap 機制，把它們寫入磁盤後再釋放內存

root@openstack:~#  cat /proc/sys/vm/swappiness
60

swappiness 的範圍是 0-100，數值越大，越積極使用Swap，更傾向於回收匿名頁；

也就是更傾向於回收匿名頁；數值越小，越消極使用 Swap，也就是更傾向於回收文件頁

雖然swappiness的範圍是0-100，不過要註意，這並不是內存的百分比，而是Swap調整積極程度的權重

即使你把它設置成0，當剩余內存+文件頁小於也高閾值時，還是會發生Swap

Linux性能優化實戰：系統的swap變高（08）