从内存原理到落地：手把手教你配置Linux Swap交换分区

Linux 交换空间管理

摘要：本文全面介绍了 Linux 系统中的交换空间（Swap）管理。首先从计算机存储器的层次结构和工作原理入手，解释了物理内存与虚拟内存的关系。然后详细阐述了 Swap 空间的功能、大小规划原则，并通过实际案例演示了如何查看系统内存使用情况、分析 LVM 结构、创建和配置交换分区。文章包含完整的命令行操作步骤，涵盖交换空间的创建、格式化、激活、优先级设置以及持久化配置，为系统管理员提供了实用的 Swap 管理指南。

1.计算机存储器的层次结构

计算机存储器速度越快，成本较高。 为了获得好的性能/价格比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作。

CPU 寄存器，是 CPU 内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果以及一些 CPU 运行需要的信息。
• CPU 高速缓存，也就是CPU Cache，是一种容量小、速度快的高缓冲存储器，由SRAM组成，直接制作在CPU芯片内，速度几乎与CPU一样快。在金字塔式存储体系中它位于自顶向下的第二层，仅次于CPU寄存器。其容量远小于内存，但速度却可以接近处理器的频率。
• 主存储器（Main memory），简称主存或内存，其作用是存放指令和数据，并能由中央处理器（CPU）直接随机存取。主存储器速度比CPU高速缓存慢，但存储容器却大的多。
主存储器的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，以纳秒(ns)为单位。大多数SDRAM内存芯片的存取时间为5、6、7、8或10ns。
主存储器的带宽计算公式：带宽＝频率*位宽／8。
例如：DDR4 内存频率是3600 MHz，在64位系统（双通道位宽为128，以此类推），1B=8bit,
• 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，速度慢的多，优点是容量大，可持久化存储。

2.计算机存储器的工作原理

1.CPU运行程序时，先从寄存器中读取数据。如果在寄存器中可以找到数据，则直接从寄存器中读取。如果在寄存器中找不到数据，则从CPU Cache中读取数据，并将数据缓存在CPU Cache中。

2.如果在CPU cache中可以找到数据，则直接从CPU Cache中读取。如果在CPU cache中找不到数据，则从主存储器（内存）中读取数据，将数据缓存在主存储器中。

3.如果在内存中可以找到数据，则直接从内存中读取。如果在内存中找不到数据，则从辅助存储器中读取数据，例如机械磁盘、光盘、U盘等，并将数据缓存在内存中。

3.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 4 KiB。进程并不直接对物理内存寻址，每个进程具有虚拟地址空间virtual address space。当进程请求内存时，MMU 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Memory Management Unit的缩写，即内存管理单元，它是CPU中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，负责将虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权。
==思考：==为什么CPU不直接访问物理地址？

1.虚拟内存的容量是物理内存和交换空间的总和，而虚拟地址负责映射到物理内存地址和交换空间地址。

2.进程使用内存的过程中，希望内存是连续的。如果进程直接访问物理地址，则内核很难保证进程获得的物理地址空间是连续的，因为进程存在着运行和退出，就会出现内存碎片化。进程的虚拟地址在虚拟内存中是连续的，达到了内存连续的目的，而 MMU 会将进程的虚拟地址映射到物理地址。

4.Swap 空间

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。

简单地说，Linux Swap 空间就是在内存不够的情况下，操作系统先把内存中暂时不用的数据，存到硬盘的交换空间，腾出内存来让别的程序运行，和Windows的虚拟内存（pagefile.sys）的作用是一样的。

交换空间只是临时的解决办法。虽然交换空间能够作为"虚拟"内存使用，但由于交换区位于磁盘上，它的速度比物理内存慢的多，因此如果需要更快的速度的话，最好的办法仍然是加大物理内存。

(1)查看内存

# 默认单位是KiB，使用-m选项，以MiB为单位[root@server ~12:27:08]# freetotal usedfreeshared buff/cache available Mem:40261161558243764960118481053323691072Swap:406322804063228

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(真正的空闲，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，待以后使用（数据没有被修改）。
• 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：未使用交换空间大小。

(2)Swap 空间大小

管理员应根据系统的内存工作负载来调整交换空间大小。 应用供应商有时会提供这方面的建议。根据物理内存总量，下表提供了一些指导。

笔记本电脑和台式机的Hibernate功能会在关闭系统电源之前使用交换空间来保存RAM内容。重新打开系统时， 内核将从交换空间恢复RAM内容，无需完全启动。 对于这些系统而言，交换空间需要超过RAM量。

(3)插播：分析操作系统自带的 LVM 结构

[root@server ~12:27:23]# lsblkNAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda8:00100G0disk ├─sda18:101G0part /boot └─sda28:2099G0part ├─centos-root253:0050G0lvm / ├─centos-swap253:103.9G0lvm[SWAP]└─centos-home253:2045.1G0lvm /home sr011:014.4G0rom[root@server ~12:31:15]# pvsPV VG Fmt Attr PSize PFree /dev/sda2 centos lvm2 a--<99.00g4.00m# sda2作为pv，使用剩余所有空间，归属卷组centos# 在centos卷组中创建各种lv，提供不同的存储空间，例如/、/home、swap.

思考：如何从centos卷组中分配4G空间出来给新的swap使用？

[root@server ~12:31:18]# df -hT |grep -v tmpfs文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/mapper/centos-root xfs 50G1.6G 49G4% / /dev/mapper/centos-home xfs 46G 33M 46G1% /home /dev/sda1 xfs 1014M 139M 876M14% /boot

发现：/home文件系统系统空间很大，但是使用空间非常少。缩减/home空间给其他应用使用。
/home文件系统是xfs，不支持缩减。可以备份数据后，再缩减空间。

# 备份数据[root@server ~12:38:46]# mkdir /backup[root@server ~12:45:07]# cp -a /home/lz/ /backup/# 缩减逻辑卷[root@server ~12:45:30]# umount /home#[root@server ~12:49:29]# lvreduce -L 4G /dev/centos/homeWARNING: Reducing active logical volume to4.00GiB. THIS MAY DESTROY YOUR DATA(filesystem etc.)Do you really want to reduce centos/home?[y/n]: y Size of logical volume centos/home changed from<45.12GiB(11550extents)to4.00GiB(1024extents). Logical volume centos/home successfully resized.# 空间释放到卷组中[root@server ~12:49:55]# vgsVG#PV #LV #SN Attr VSize VFreecentos130wz--n-<99.00g41.12g# 重新格式化并挂载[root@server ~12:50:00]# mkfs.xfs -f /dev/centos/homemeta-data=/dev/centos/homeisize=512agcount=4,agsize=262144blks=sectsz=512attr=2,projid32bit=1=crc=1finobt=0,sparse=0data=bsize=4096blocks=1048576,imaxpct=25=sunit=0swidth=0blks naming=version2bsize=4096ascii-ci=0ftype=1log=internal logbsize=4096blocks=2560,version=2=sectsz=512sunit=0blks, lazy-count=1realtime=noneextsz=4096blocks=0,rtextents=0[root@server ~12:52:50]# grep home /etc/fstab/dev/mapper/centos-home /home xfs defaults00[root@server ~12:53:02]# mount -a[root@server ~12:53:14]# df /home/文件系统 1K-块 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/mapper/centos-home41840643299241510721% /home# 恢复数据[root@server ~12:53:19]# cp -a /backup/lz/ /home/# 验证用户登录[root@server ~12:55:15]# su - lz上一次登录：三5月1314:14:05 CST2026从10.1.8.1pts/0 上[lz@server ~12:55:20]$exit登出

(4)创建交换空间

# 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 ~13:00:59]# parted /dev/sdb mklabel gpt信息: You may need to update /etc/fstab.[root@server ~13:01:04]# parted /dev/sdb unit MiB mkpart swap01 linux-swap 1 2049信息: You may need to update /etc/fstab.[root@server ~13:01:26]# parted /dev/sdb unit MiB printModel: VMware, VMware Virtual S(scsi)Disk /dev/sdb: 102400MiB Sector size(logical/physical): 512B/512B Partition Table: gpt Disk Flags: Number Start End Size File system Name 标志11.00MiB 2049MiB 2048MiB swap01# 格式化swap空间[root@server ~13:01:33]# mkswap /dev/sdb1正在设置交换空间版本1，大小=2097148KiB 无标签，UUID=98fb6caa-a091-455f-8159-211938c77abb

(5)激活 swap 空间

# 激活swap空间[root@server ~13:01:44]# swapon /dev/sdb1# 查看swap设备列表[root@server ~13:01:55]# swapon -s文件名 类型 大小 已用 权限 /dev/dm-1 partition40632280-2/dev/sdb1 partition20971480-3

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。
swapon 命令使用-p选项指定优先级，优先级介于-1和32767之间，值越大优先级越高。
示例：

[root@server ~13:02:04]# swapon -p 4 /dev/sdb1

(6)取消 swap 空间激活

[root@server ~13:02:39]# swapoff /dev/sdb1[root@server ~13:07:21]# swapon -s文件名 类型 大小 已用 权限 /dev/dm-1 partition40632280-2

(7)持久化激活 swap 空间

修改/etc/fstab文件，添加如下类似记录：

UUID=98fb6caa-a091-455f-8159-211938c77abb swap swappri=400

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 ~13:10:28]# swapon -a[root@server ~13:10:38]# swapon -s文件名 类型 大小 已用 权限 /dev/dm-1 partition40632280-2/dev/sdb1 partition209714804[root@server ~13:10:43]# swapoff -a[root@server ~13:11:07]# swapon -s