Linux系统管理员工具包: 交换空间管理和技巧
Linux系统管理员工具包: 交换空间管理和技巧
配置交换空间（包括在紧急情况下添加空间）以充分利用您的
系统。在本文中，您将了解如何监视
系统以确定有效的交换空间
配置数据，并研究将交换空间不只是用作辅助随机访问存储器 (RAM) 的方法。
关于本系列
典型的 UNIX 管理员拥有一套经常用于辅助管理过程的关键实用工具、诀窍和系统。存在各种用于简化不同过程的关键实用工具、 命令行链和脚本。其中一些工具来自于操作系统，而大部分的诀窍则来源于长期的经验积累和减轻 系统管理员工作压力的要求。本系列文章主要专注于最大限度地利用各种 UNIX 环境中可用的工具，包括简化异构环境中的管理任务的方法。
UNIX 如何使用交换空间
所有 UNIX 操作系统都支持某种虚拟内存 (VM) 系统。使用 VM 系统，您有两个主要区域来存储有关活动应用程序及其使用的数据的信息——物理随机访问存储器 (RAM) 和硬盘驱动器上分配的空间。
在具有 VM 的计算机中，可加载到内存中的应用程序和数据量可以大于物理 RAM，因为没有活动地使用的应用程序和信息被交换到了磁盘上（交换空间 这个术语由此得名）。
VM 系统的优点在于，物理 RAM 得到了更有效的利用——这是因为它仅包含正在执行的应用程序和正在使用的数据。由于 RAM 比硬盘空间快，您从活动地加载的应用程序中获得了所需的性能，同时还得益于能够运行比通常所支持的更多的应用程序。
其结果是您获得了大得多的可寻址内存空间（在 32 为系统上为 4GB，在 64 位系统上则更大），从而使得应用程序开发更加容易，同时仍然提供高性能。
设置交换空间值
您在计算机上配置的交换空间量主要取决于应用程序和操作系统。如果交换空间太小，则可能无法运行您希望运行的所有应用程序，而如果交换空间太大，则可能在浪费那些从未使用的磁盘空间。您可能还会间接地使得系统过载，因为与太小的交换空间相比，太大的交换空间会导致糟糕的性能，这是由于与系统执行实际处理所花的时间相比，它在换入和换出页面上所花的时间更多。
不同的 UNIX 变体以不同的方式使用它们的交换空间。有些变体仅在已经使用完物理内存时才使用交换空间。其他变体则对所有非活动的应用程序和未使用的页面使用交换空间。有些变体保留所有应用程序中的数据副本——同时包括内存和交换空间中的应用程序。缺省情况下，有些变体避免使用交换空间，并尽可能提供某种机制来允许您调整交换空间的使用方式。许多变体使用这些不同安排的组合来充分利用它们的交换空间。
例如在 Linux® 中，当您使用 2.6 内核时，可以通过设置 /etc/sysctl.conf 中的 vm.swappiness 值来调整系统的 swappiness。较高的值导致交换更多页面，较低的值导致将更多应用程序保留在内存中（即使这些应用程序处于空闲状态）。
除了这些基础之外，还有许多关于应该如何配置 VM 和应该分配多少磁盘空间的观点和规则。下面总结了其中一些方法：
* 有些管理员认为，您的交换空间决不应该少于物理 RAM。由于其中的 VM 使用方式，这是较旧的 UNIX 版本（尤其是 SunOS）的一个要求。从理论上讲，拥有比物理 RAM 更多的 VM 可以使操作系统能够在系统变得空闲时将所有当前进程换出到磁盘上，并且能够提高系统的性能，因为可以将新进程直接加载到 RAM 中，而不必预先交换应用程序。
* 对于开发系统，许多管理员都赞成应该有与 RAM 一样多的 VM。采用这种方法的原因在于，交换空间还在系统故障期间用作转储活动内存的位置；然后可以在启动期间重新加载所存储的内存转储，并将其保存为内核核心文件。如果所配置的交换空间小于物理 RAM，此类转储就无法实现。
* 在高性能部署环境中，由于您只希望将应用程序活动地保留在内存中，并且不需要大量的交换，您可以配置尽可能小的 VM。崩溃恢复不是必需的，而确定物理 RAM 的潜在缺乏（由于交换空间用尽）的能力可以提供警告，使您知道应用程序环境未得到 优化或者您需要升级 RAM。
* 对于桌面环境，拥有非常大的 VM 分配可能对您有利，因为它使您能够运行大量的应用程序（其中许多应用程序可能是空闲的，可以容易地交换，从而使更多 RAM 对活动应用程序可用）。
选择正确的交换空间量很大程度上取决于您所配置的平台——其预期用途和您希望如何处理可用 VM 缺乏的情况。
下面是一些保守值：
* 在桌面系统上，至少分配与物理 RAM 一样多的交换空间。
* 在 服务器上，至少分配可用 RAM 的 50% 作为交换空间。一旦头脑中有了大体数字，您就需要配置交换空间。
配置交换空间
所有 UNIX 系统都有多种类型的交换空间。主交换空间是通常在启动时配置的交换空间，并且通常是作为操作系统安装的一部分来设置的。所有 UNIX 系统通常都有一个主交换空间分配。
交换空间的创建和配置方式随不同的系统而异。在 Linux 下，用于交换的磁盘分区是通过分区 ID 来标识的，该分区必须通过 mkswap 命令来初始化：
添加启动时交换空间
在大多数 UNIX 变体下，交换空间都是作为内核初始化的一部分在启动时自动添加的。大多数变体使用文件系统安装文件（/etc/fstab、/etc/vfstab 或 /etc/filesystems）中的行来指定要用作交换空间的分区。您可以从 Solaris 的 /etc/vfstab 文件中看到这样一个示例（请参见清单 1）。
清单 1. 在 Solaris 中指定要用作交换空间的分区
清单 2 显示了 Linux 中的 /etc/fstab 文件示例。
清单 2. 在 Linux 中指定要用作交换空间的分区
最后，您可以在 AIX 中使用 /etc/swapspaces 文件来配置交换空间分区（请参见清单 3）。
清单 3. 使用 /etc/swappspaces 文件来配置交换空间分区
您应该使用对应的命令或 Smitty 工具来修改该文件内容，而不要直接编辑该文件。
若要删除额外的交换空间，您可以使用对应的 swapoff 或 swap -d 命令来禁用该交换分区。然而要注意，您只能禁用当前未使用的交换分区，并且不能禁用主交换分区。
添加临时交换容量
有时您可能会用尽已配置的交换空间分区，从而在短时间内需要更多 VM，直到您能够组织某种更永久性的解决方案。如果有某个分区可用，您可以按照上面在配置交换分区部分中的介绍来准备它。
如果没有空余的分区可用，您可以创建一个或多个文件，并将它们临时添加到可用交换池中。大多数系统甚至允许您在 NFS 安装的文件系统上使用交换文件，当您没有本地磁盘空间可用时，就可以使用这样的文件系统。
若要将文件用于交换空间，请首先创建一个适当的文件。mkfile> 命令在这里最合适，因为它提供了创建大型文件的简单方法。您可以在命令行指定文件名和文件大小：
监视交换空间使用情况
交换空间及其使用情况的监视包括两个方面：当前使用情况和活动使用情况。您可以在各种 UNIX 变体中找到一批不同的工具，它们报告可用空闲内存和 VM 使用情况以及当前使用情况。
在 Solaris 下，swap 工具提供了大多数交换接口功能，包括报告使用情况和可用设备。例如，若要获得已配置的交换设备列表，可参见清单 4。
清单 4. 在 Solaris 下监视交换空间使用情况
在 AIX 下，您可以使用 lsps 工具来获得同样的信息（请参见清单 5）。
清单 5. 在 AIX 下使用 lsps 来监视交换空间
清单 6. 在 Linux 下使用 swapon 工具
清单 7. 使用 swapinfo 来监视交换空间
这些快照视图非常有用，但它们仅显示了当前使用情况。其中有关交换空间的定期或全面使用情况的信息非常少。出于性能的考虑，或者在诊断您怀疑可能与交换空间有关的问题时，您通常需要内存和分页使用情况的更加交互式的视图。
活动 VM 监视
vmstat 命令可以提供虚拟内存使用情况的长期视图，包括提供有关交换空间与 RAM 之间正在活动地交换的内存量的信息。在命令行上，您需要指定要在报告统计信息时使用的间隔（以秒为单位）。结果输出显示了大量的信息，并且可用于做出有关 VM 配置和分配的决策。
清单 8 显示了针对 Solaris 计算机的输出示例（间隔为五秒）。
清单 8. 针对 Solaris 计算机的示例输出
其中存在许多列——有些列比另一些列更重要。关键的列包括：
* swap——显示可用的总交换空间
* free——显示空闲的交换空间量
* pi——换入的千字节数
* po——换出的千字节数
* fr——空闲的千字节数
非常低的空闲空间量和较高的换入或换出页数可能表明 VM 不足，非常高的换入和换出页数可能表明物理 RAM 不足。
将交换空间用于临时存储
在某些 UNIX 变体下，特别是 Solaris 和 Linux，您可以使用 tmpfs 文件系统；该文件系统使用 VM 作为存储空间。当您有充足的 RAM 时，这提供了支持超快速磁盘访问的理想方法；未使用的文件将交换到磁盘上。其结果是实现了快速访问最常用文件的高效解决方案，并且它可以显著提高应用程序速度，例如 软件开发，其中要在编译过程期间创建大量的临时文件。
总结
正确配置交换空间可以对计算机效率产生巨大的影响。大多数人设置并遗忘他们的交换空间设置，不过在本文中，您研究了几种添加和调整交换空间的方法。您还看到了如何向您的配置永久地添加交换空间，以及如何在内存不足时紧急添加交换空间。
关于本系列
典型的 UNIX 管理员拥有一套经常用于辅助管理过程的关键实用工具、诀窍和系统。存在各种用于简化不同过程的关键实用工具、 命令行链和脚本。其中一些工具来自于操作系统，而大部分的诀窍则来源于长期的经验积累和减轻 系统管理员工作压力的要求。本系列文章主要专注于最大限度地利用各种 UNIX 环境中可用的工具，包括简化异构环境中的管理任务的方法。
UNIX 如何使用交换空间
所有 UNIX 操作系统都支持某种虚拟内存 (VM) 系统。使用 VM 系统，您有两个主要区域来存储有关活动应用程序及其使用的数据的信息——物理随机访问存储器 (RAM) 和硬盘驱动器上分配的空间。
在具有 VM 的计算机中，可加载到内存中的应用程序和数据量可以大于物理 RAM，因为没有活动地使用的应用程序和信息被交换到了磁盘上（交换空间 这个术语由此得名）。
VM 系统的优点在于，物理 RAM 得到了更有效的利用——这是因为它仅包含正在执行的应用程序和正在使用的数据。由于 RAM 比硬盘空间快，您从活动地加载的应用程序中获得了所需的性能，同时还得益于能够运行比通常所支持的更多的应用程序。
其结果是您获得了大得多的可寻址内存空间（在 32 为系统上为 4GB，在 64 位系统上则更大），从而使得应用程序开发更加容易，同时仍然提供高性能。
设置交换空间值
您在计算机上配置的交换空间量主要取决于应用程序和操作系统。如果交换空间太小，则可能无法运行您希望运行的所有应用程序，而如果交换空间太大，则可能在浪费那些从未使用的磁盘空间。您可能还会间接地使得系统过载，因为与太小的交换空间相比，太大的交换空间会导致糟糕的性能，这是由于与系统执行实际处理所花的时间相比，它在换入和换出页面上所花的时间更多。
不同的 UNIX 变体以不同的方式使用它们的交换空间。有些变体仅在已经使用完物理内存时才使用交换空间。其他变体则对所有非活动的应用程序和未使用的页面使用交换空间。有些变体保留所有应用程序中的数据副本——同时包括内存和交换空间中的应用程序。缺省情况下，有些变体避免使用交换空间，并尽可能提供某种机制来允许您调整交换空间的使用方式。许多变体使用这些不同安排的组合来充分利用它们的交换空间。
例如在 Linux® 中，当您使用 2.6 内核时，可以通过设置 /etc/sysctl.conf 中的 vm.swappiness 值来调整系统的 swappiness。较高的值导致交换更多页面，较低的值导致将更多应用程序保留在内存中（即使这些应用程序处于空闲状态）。
除了这些基础之外，还有许多关于应该如何配置 VM 和应该分配多少磁盘空间的观点和规则。下面总结了其中一些方法：
* 有些管理员认为，您的交换空间决不应该少于物理 RAM。由于其中的 VM 使用方式，这是较旧的 UNIX 版本（尤其是 SunOS）的一个要求。从理论上讲，拥有比物理 RAM 更多的 VM 可以使操作系统能够在系统变得空闲时将所有当前进程换出到磁盘上，并且能够提高系统的性能，因为可以将新进程直接加载到 RAM 中，而不必预先交换应用程序。
* 对于开发系统，许多管理员都赞成应该有与 RAM 一样多的 VM。采用这种方法的原因在于，交换空间还在系统故障期间用作转储活动内存的位置；然后可以在启动期间重新加载所存储的内存转储，并将其保存为内核核心文件。如果所配置的交换空间小于物理 RAM，此类转储就无法实现。
* 在高性能部署环境中，由于您只希望将应用程序活动地保留在内存中，并且不需要大量的交换，您可以配置尽可能小的 VM。崩溃恢复不是必需的，而确定物理 RAM 的潜在缺乏（由于交换空间用尽）的能力可以提供警告，使您知道应用程序环境未得到 优化或者您需要升级 RAM。
* 对于桌面环境，拥有非常大的 VM 分配可能对您有利，因为它使您能够运行大量的应用程序（其中许多应用程序可能是空闲的，可以容易地交换，从而使更多 RAM 对活动应用程序可用）。
选择正确的交换空间量很大程度上取决于您所配置的平台——其预期用途和您希望如何处理可用 VM 缺乏的情况。
下面是一些保守值：
* 在桌面系统上，至少分配与物理 RAM 一样多的交换空间。
* 在 服务器上，至少分配可用 RAM 的 50% 作为交换空间。一旦头脑中有了大体数字，您就需要配置交换空间。
配置交换空间
所有 UNIX 系统都有多种类型的交换空间。主交换空间是通常在启动时配置的交换空间，并且通常是作为操作系统安装的一部分来设置的。所有 UNIX 系统通常都有一个主交换空间分配。
交换空间的创建和配置方式随不同的系统而异。在 Linux 下，用于交换的磁盘分区是通过分区 ID 来标识的，该分区必须通过 mkswap 命令来初始化：
复制内容到剪贴板
在大多数传统 UNIX 环境中，您可以使用任何可用分区而无需进行任何准备工作。在 HP-UX、AIX® 和 Linux 上，您可以使用 swapon 命令来将分区添加到可用的交换空间：
代码:
$ mkswap /dev/sda2
复制内容到剪贴板
在 Solaris 上，您可以使用 swap 命令来将交换空间添加到系统：
代码:
$ swapon /dev/sda2
复制内容到剪贴板
请注意，以这种方式添加的交换空间在重新启动后不会保留。若要永久地将交换空间添加到系统，您必须配置启动配置文件之一来自动启用交换空间分配。
代码:
$ swap -a /dev/dsk/c0t0d0s2
添加启动时交换空间
在大多数 UNIX 变体下，交换空间都是作为内核初始化的一部分在启动时自动添加的。大多数变体使用文件系统安装文件（/etc/fstab、/etc/vfstab 或 /etc/filesystems）中的行来指定要用作交换空间的分区。您可以从 Solaris 的 /etc/vfstab 文件中看到这样一个示例（请参见清单 1）。
清单 1. 在 Solaris 中指定要用作交换空间的分区
引用:
#device device mount FS fsck mount mount
#to mount to fsck point type pass at boot options
#
fd - /dev/fd fd - no -
/proc - /proc proc - no -
/dev/dsk/c0d0s1 - - swap - no -
/dev/dsk/c0d0s0 /dev/rdsk/c0d0s0 / ufs 1 no -
/dev/dsk/c0d0s7 /dev/rdsk/c0d0s7 /export/home ufs 2 yes -
/devices - /devices devfs - no -
ctfs - /system/contract ctfs - no -
objfs - /system/object objfs - no -
swap - /tmp tmpfs - yes -
清单 2. 在 Linux 中指定要用作交换空间的分区
引用:
#
/dev/sda1 /boot ext2 noauto,noatime 1 1
/dev/sda3 / ext3 noatime 0 0
/dev/sda2 none swap sw 0 0
/dev/hda1 /var/lib/mysql ext3 noatime 1 2
/dev/hdb1 /export/data ext3 noatime 1 2
/dev/hde1 /export/home ext3 noatime 1 2
/dev/hde2 /var/tmp ext3 noatime 1 2
/dev/hde3 /usr/portage/distfiles ext3 noatime 1 2
/dev/hde4 /tmp ext3 noatime 1 2
/dev/cdroms/cdrom0 /mnt/cdrom iso9660 noauto,ro 0 0
none /proc proc defaults 0 0
清单 3. 使用 /etc/swappspaces 文件来配置交换空间分区
引用:
* This file is modified by the chps, mkps and rmps commands and referenced
* by the lsps and swapon commands.
hd6:
dev = /dev/hd6
paging00:
dev = /dev/paging00
paging01:
dev = /dev/paging01
若要删除额外的交换空间，您可以使用对应的 swapoff 或 swap -d 命令来禁用该交换分区。然而要注意，您只能禁用当前未使用的交换分区，并且不能禁用主交换分区。
添加临时交换容量
有时您可能会用尽已配置的交换空间分区，从而在短时间内需要更多 VM，直到您能够组织某种更永久性的解决方案。如果有某个分区可用，您可以按照上面在配置交换分区部分中的介绍来准备它。
如果没有空余的分区可用，您可以创建一个或多个文件，并将它们临时添加到可用交换池中。大多数系统甚至允许您在 NFS 安装的文件系统上使用交换文件，当您没有本地磁盘空间可用时，就可以使用这样的文件系统。
若要将文件用于交换空间，请首先创建一个适当的文件。mkfile> 命令在这里最合适，因为它提供了创建大型文件的简单方法。您可以在命令行指定文件名和文件大小：
复制内容到剪贴板
然后可以像添加分区一样添加该文件：
代码:
$ mkfile 512m /export/data/swapfile
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以这种方式使用的交换文件通常决不是针对交换空间问题的长期解决方案。您应该尽快为交换空间配置专用分区。
代码:
$ swap -a /export/data/swapfile
or
$ swapon /export/data/swapfile
监视交换空间使用情况
交换空间及其使用情况的监视包括两个方面：当前使用情况和活动使用情况。您可以在各种 UNIX 变体中找到一批不同的工具，它们报告可用空闲内存和 VM 使用情况以及当前使用情况。
在 Solaris 下，swap 工具提供了大多数交换接口功能，包括报告使用情况和可用设备。例如，若要获得已配置的交换设备列表，可参见清单 4。
清单 4. 在 Solaris 下监视交换空间使用情况
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在 清单 4 中，您可以看到您有一个完全未使用的交换设备。
代码:
$ swap -l
swapfile dev swaplo blocks free
/dev/dsk/c0d0s1 102,1 8 1220928 1220928
在 AIX 下，您可以使用 lsps 工具来获得同样的信息（请参见清单 5）。
清单 5. 在 AIX 下使用 lsps 来监视交换空间
复制内容到剪贴板
在 Linux 下，您可以使用 swapon 工具，如清单 6 所示。
代码:
$ lsps -a
Page Space Physical Volume Volume Group Size %Used Active Auto
hd6 hdisk0 rootvg 2048MB 3 yes yes
清单 6. 在 Linux 下使用 swapon 工具
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对于 HP-UX，您可以使用 swapinfo，如清单 7 所示。
代码:
$ swapon -s
Filename Type Size Used Priority
/dev/sda2 partition 1004052 319744 -1
清单 7. 使用 swapinfo 来监视交换空间
复制内容到剪贴板
在上述每个示例中，您都可以看到可用交换空间位置列表及其用途，并大致了解交换空间的当前使用量情况。
代码:
swapinfo -t
Kb Kb Kb PCT START/ Kb
TYPE AVAIL USED FREE USED LIMIT RESERVE PRI NAME
dev 2097152 0 2097152 0% 0 - 1 /dev/vg00/lvol2
reserve - 1468224 -1468224
memory 3299740 1220268 2079472 37%
total 5396892 2688492 2708400 50% - 0 -
这些快照视图非常有用，但它们仅显示了当前使用情况。其中有关交换空间的定期或全面使用情况的信息非常少。出于性能的考虑，或者在诊断您怀疑可能与交换空间有关的问题时，您通常需要内存和分页使用情况的更加交互式的视图。
活动 VM 监视
vmstat 命令可以提供虚拟内存使用情况的长期视图，包括提供有关交换空间与 RAM 之间正在活动地交换的内存量的信息。在命令行上，您需要指定要在报告统计信息时使用的间隔（以秒为单位）。结果输出显示了大量的信息，并且可用于做出有关 VM 配置和分配的决策。
清单 8 显示了针对 Solaris 计算机的输出示例（间隔为五秒）。
清单 8. 针对 Solaris 计算机的示例输出
引用:
kthr memory page disk faults cpu
r b w swap free re mf pi po fr de sr cd cd cd cd in sy cs us sy id
0 0 0 945932 385632 9 36 13 0 1 0 100 3 0 0 0 413 172 87 0 36 63
0 0 0 944616 384068 0 8 3 0 0 0 0 0 0 0 0 654 21 51 0 1 99
0 0 0 944612 384064 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 596 21 52 0 1 99
0 0 0 944612 384064 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 694 12 48 0 1 99
0 0 0 944612 384064 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 658 11 50 0 1 99
0 0 0 944612 384064 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 576 18 52 0 1 99
0 0 0 944500 383988 115 850 1 0 0 0 0 0 0 0 0 612 1656 120 1 5 94
0 0 0 942060 382444 6 62 0 0 0 0 0 0 0 0 0 669 256 146 0 2 98
0 0 0 942048 382432 9 105 0 0 0 0 0 0 0 0 0 699 414 188 0 2 98
0 0 0 946188 388188 481 2400 10 10 10 0 0 5 0 0 0 595 12613 6082 6 18 76
0 0 0 944488 386308 769 4753 1 8 8 0 0 7 0 0 0 625 15705 6285 8 29 63
0 0 0 943128 385104 839 5194 176 9 9 0 0 14 0 0 0 579 16077 6304 8 32 60
0 0 0 937692 377628 32 209 2 0 0 0 0 2 0 0 0 654 403 131 0 2 97
0 0 0 937228 377208 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 647 38 63 0 1 99
0 0 0 937220 377200 121 980 0 0 0 0 0 0 0 0 0 623 1246 218 1 6 93
0 0 0 937348 377320 126 1044 2 1 1 0 0 3 0 0 0 667 1266 228 1 7 93
0 0 0 937428 377408 57 686 0 0 0 0 0 0 0 0 0 702 890 180 1 5 94
0 0 0 937436 377404 72 861 0 0 0 0 0 54 0 0 0 689 1113 295 1 6 93
* swap——显示可用的总交换空间
* free——显示空闲的交换空间量
* pi——换入的千字节数
* po——换出的千字节数
* fr——空闲的千字节数
非常低的空闲空间量和较高的换入或换出页数可能表明 VM 不足，非常高的换入和换出页数可能表明物理 RAM 不足。
将交换空间用于临时存储
在某些 UNIX 变体下，特别是 Solaris 和 Linux，您可以使用 tmpfs 文件系统；该文件系统使用 VM 作为存储空间。当您有充足的 RAM 时，这提供了支持超快速磁盘访问的理想方法；未使用的文件将交换到磁盘上。其结果是实现了快速访问最常用文件的高效解决方案，并且它可以显著提高应用程序速度，例如 软件开发，其中要在编译过程期间创建大量的临时文件。
总结
正确配置交换空间可以对计算机效率产生巨大的影响。大多数人设置并遗忘他们的交换空间设置，不过在本文中，您研究了几种添加和调整交换空间的方法。您还看到了如何向您的配置永久地添加交换空间，以及如何在内存不足时紧急添加交换空间。