Linux 交换分区（Swap Partition） 是一块专门划分的磁盘空间，核心作用是作为物理内存的「扩展」 ------ 当物理内存不足时，内核会将物理内存中不活跃的页数据「换出（swap out）」到交换分区；当这些页数据需要被访问时，再将其「换入（swap in）」回物理内存。这种机制也被称为虚拟内存管理，是 Linux 内存管理子系统的重要组成部分。

核心目标

扩展内存可用空间：让系统可以运行比物理内存总量更大的程序或更多进程。
保证内存资源的高利用率：将不活跃的内存页置换到磁盘，释放物理内存给活跃进程使用。
避免 OOM（内存不足） Killer 触发：当物理内存耗尽时，Swap 可以临时缓解内存压力，避免内核直接杀死进程。

典型应用场景

物理内存较小的嵌入式系统：通过 Swap 弥补内存不足的问题。
运行大内存消耗程序的场景：如数据库、虚拟机、科学计算等，Swap 可作为内存峰值的缓冲。
休眠（Hibernation）功能：系统休眠时，会将整个物理内存的内容写入 Swap 分区，开机时再恢复，因此休眠功能要求 Swap 分区大小不小于物理内存。

工作原理

Swap 的核心是内核的 页面置换算法 ，其运作依赖于 Linux 内存管理的「页」机制 ------ 物理内存和 Swap 空间都以 页（通常 4KB） 为单位进行数据交换。

活跃页与不活跃页

内核通过 LRU（最近最少使用）链表 将物理内存中的页分为两类：

活跃页（Active List）：近期被频繁访问的页，内核会优先保留在物理内存中。
不活跃页（Inactive List）：近期很少被访问的页，是 Swap 换出的候选对象。

内核会定期扫描 LRU 链表，根据页面的访问频率调整其在活跃 / 不活跃链表之间的位置。

页面换出（Swap Out）

当物理内存使用率达到内核设定的阈值（由 /proc/sys/vm/swappiness 控制）时，内核启动换出流程：

选择换出页 ：从 Inactive List 中挑选符合条件的页，优先选择匿名页（无文件映射的页，如进程栈、堆数据）------ 文件页可直接丢弃，需要时从磁盘文件重新读取，无需换出到 Swap。
分配 Swap 空间：内核从 Swap 分区 / 文件中分配一个空闲的 Swap 页槽（slot），记录该页的 Swap 位置（包括 Swap 设备编号和页偏移）。
写入数据 ：将物理内存页的数据写入 Swap 槽，并更新该页对应的 page 结构体，标记为 PG_swapbacked，同时记录 Swap 位置信息。
释放物理页：将该页从 LRU 链表中移除，标记为空闲，纳入物理内存分配池。

页面换入（Swap In）

当进程访问一个已经被换出到 Swap 的页时，会触发 缺页异常，内核执行换入流程：

识别缺页类型 ：内核通过 page 结构体判断该页是 Swap 换出页，获取其对应的 Swap 位置。
分配物理页：从物理内存中分配一个空闲页。
读取数据：将 Swap 分区中对应槽的数据读取到新分配的物理页中。
更新页表与 LRU ：修改进程页表，将虚拟地址映射到新的物理页；将该页加入 Active List，标记为活跃；释放 Swap 槽，使其重新变为空闲。

Swap 的关键内核组件

组件	作用
swap_info_struct	描述 Swap 设备 / 文件的元数据，包括大小、空闲页槽数、优先级等
swap_entry_t	记录页在 Swap 中的位置（设备 ID + 页槽偏移），存储在页表项中
页面置换算法	决定哪些页被换出，Linux 默认使用 LRU-2 或 Multi-Gen LRU（5.18+ 内核）
kswapd 内核线程	周期性扫描内存，当内存不足时主动触发页面换出，避免系统进入内存紧缺状态

Swap 的类型

Linux 支持两种 Swap 形式：Swap 分区 和 Swap 文件，两者功能完全等价，仅创建和管理方式不同。

Swap 分区

定义：一块独立的磁盘分区，格式为 swap 类型（fdisk 中 ID 为 82）。
优点：IO 性能略高（无文件系统开销），适合物理磁盘场景。
缺点：需要提前划分分区，扩容或缩容需要重新分区，灵活性差。

Swap 文件

定义：一个普通的磁盘文件，由内核格式化为 Swap 格式使用。
优点：无需划分独立分区，创建和扩容灵活（支持动态增减），适合云服务器、虚拟机等灵活部署场景。
缺点：有文件系统的元数据开销，IO 性能略低于 Swap 分区（现代文件系统如 Ext4/XFS 差距极小）。

创建 Swap 分区

步骤 1：划分磁盘分区

使用 fdisk 或 parted 工具划分一个新分区，类型设为 swap（ID=82）：

以 /dev/sdb 为例

fdisk /dev/sdb

在 fdisk 交互界面中：

1. 输入 n 创建新分区

2. 输入 t 修改分区类型，输入 82 设为 swap 类型

3. 输入 w 保存分区表

步骤 2：格式化 Swap 分区

使用 mkswap 命令将分区格式化为 Swap 格式：

mkswap /dev/sdb1

步骤 3：启用 Swap 分区

swapon /dev/sdb1

步骤 4：设置开机自动挂载

编辑 /etc/fstab 文件，添加以下内容：

/dev/sdb1 swap swap defaults 0 0

创建 Swap 文件

步骤 1：创建 Swap 文件

使用 dd 命令创建一个指定大小的文件（例如 4GB）：

dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1G count=4

步骤 2：设置文件权限

限制 Swap 文件的访问权限，仅 root 可读写：

chmod 600 /swapfile

步骤 3：格式化 Swap 文件

mkswap /swapfile

步骤 4：启用 Swap 文件

swapon /swapfile

步骤 5：设置开机自动挂载

编辑 /etc/fstab 文件：

/swapfile swap swap defaults 0 0

常用 Swap 管理命令

命令	作用
`swapon -s`	查看当前启用的 Swap 设备 / 文件信息（大小、已用、优先级）
`swapon /path/to/swap`	启用指定的 Swap 设备 / 文件
`swapoff /path/to/swap`	关闭指定的 Swap 设备 / 文件
`cat /proc/swaps`	查看 Swap 详细信息（与 `swapon -s` 输出一致）
`vmstat -s`	查看内存和 Swap 的统计数据（如换入 / 换出页数）

Swap 的核心调优参数

Swap 的行为主要通过 /proc/sys/vm/ 下的内核参数调整，最关键的是 swappiness。

`swappiness`：控制页面换出的倾向

定义：取值范围 0 ~ 100，默认值通常为 60（不同发行版略有差异）。
含义：
- swappiness = 0：内核尽可能不换出内存页，仅在物理内存耗尽时才使用 Swap。
- swappiness = 100：内核积极将不活跃页换出到 Swap，最大化物理内存的空闲空间。
调优建议 ：
- 桌面系统 / 大内存服务器 ：设置为 10 ~ 30，减少磁盘 IO 开销，提升响应速度。
- 小内存系统 / 嵌入式设备 ：设置为 60 ~ 80，充分利用 Swap 扩展内存。
- 数据库服务器（如 MySQL） ：设置为 1，避免数据库缓存页被换出，影响性能。

`vfs_cache_pressure`：控制文件缓存的换出倾向

定义：取值范围 0 ~ 100，默认值 100。
含义：控制内核回收 页缓存（Page Cache） 的倾向，页缓存是文件系统的磁盘缓存。
- 值越低，内核越倾向于保留页缓存；值越高，越倾向于回收页缓存。
调优建议 ：对于 IO 密集型场景，可适当降低该值（如 50），提升文件访问速度。

Swap的特点

Swap 是磁盘级存储 ：磁盘 IO 速度远低于物理内存（机械硬盘差距约 1000 倍，SSD 差距约 100 倍），频繁的换入 / 换出会导致系统性能急剧下降，表现为 CPU 等待 IO 时间过长 、进程响应缓慢。
Swap 是「应急方案」而非「性能方案」：Swap 仅适合缓解内存压力，不能替代物理内存。长期依赖 Swap 运行的系统，应优先扩容物理内存。
误区：「Swap 越大越好」------ Swap 过大会导致内核将大量活跃页换出，反而降低性能。通常建议 Swap 大小为 物理内存的 1~2 倍（休眠功能需等于或大于物理内存）。
误区：「禁用 Swap 能提升性能」------ 对于大内存系统，禁用 Swap 可能导致 OOM Killer 误杀进程；合理配置 swappiness 才是最优解。

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