【IT工程师小贴士】你真的了解内存交换吗？

大家好，
我是Nomushin，公司里自称最大的硬件爱好者。

你听说过“内存交换”这个词吗？如今的电脑性能越来越强大，内存也越来越充足，所以你在使用普通电脑时可能根本不会想到它。

我们公司的一项服务器监控服务涉及交换空间监控，当交换空间消耗增加时，就会发出警报。

SWAP是邪恶的！SWAP必须消失！

我相信肯定也有一些成员和我有同样的想法。……咦？难道真的没有吗？

然而，令人惊讶的是，很少有人真正了解 SWAP 的工作原理以及这种机制的必要性。
因此，本文将简要解释 SWAP 生成的逻辑、监控的必要性以及缺少监控的后果。请注意
，本文不会涉及具体的 SWAP 配置细节。

计算机（PC、服务器）的结构 * 非常粗略

简单来说，计算机由三个主要部件组成：
• CPU
• 内存（DRAM）[主内存]
• 存储设备（SSD、HDD 等）[辅助存储设备]

如您所知，CPU是计算机的大脑，负责处理计算。
内存是CPU输入用于计算的数据的临时存储位置，而存储器则是数据永久保存的位置（DRAM数据在断电时会丢失）。

这里需要注意的是，“CPU 不能直接访问存储器（辅助存储器）。
你可能会想，“但是我的程序是从磁盘读取文件啊！”然而，在这种情况下，该过程首先需要将文件从存储器加载到内存中，然后 CPU 才会对其进行处理。

还有一点。
内存和存储设备最大的区别在于“速度”。
很多人可能都体验过从机械硬盘 (HDD) 换成固态硬盘 (SSD) 后性能的显著提升。（虽然现在使用机械硬盘的电脑已经是少数了……）

这毫不奇怪，固态硬盘 (SSD) 的速度远超机械硬盘 (HDD)。
但如果将内存（DRAM）与 SSD 进行比较呢？
在这种情况下，DRAM 的速度也遥遥领先，差距可达几个数量级。
速度的衡量标准有很多，例如访问时间和传输速度，但在所有方面，DRAM 都更快。

如果更详细地讲，CPU 配备了多层高速缓存（SRAM），其速度比 DRAM 快几个数量级，但这超出了本主题的范围，所以我们暂时先不谈。

关于主要话题，交换

你已经掌握了计算机的基本结构吗？
现在让我们进入正题：交换。

你知道SWAP这个词的意思吗？
我问了谷歌，“交换”或“替换”。它说是
那么，如果发生了SWAP，是不是意味着用一样东西交换另一样东西呢？

首先，什么是交换区？
简单来说，在存储设备上创建的“虚拟内存区域”。
虽然它是“虚拟内存区域”，但由于它是在存储设备上创建的，因此访问数据的速度与存储设备本身的速度相同，“与内存相比非常慢”。

此外，由于此交换区域专用于数据交换，其他操作无法向该区域写入文件。因此，例如，如果您分配 1 GB 的交换区域，目标存储上的可用空间将减少 1 GB。

那么，交换空间（SWAP）什么时候会用到呢？
就会用到当内存不足时。
例如，当多个程序同时运行时，或者当某个程序占用大量内存时，“运行该程序所需的数据无法存储在内存中……！内存溢出了！！”的情况。就会出现

如前所述，CPU 无法直接访问存储器（辅助存储器），因此运行程序所需的所有数据都必须临时存储在内存中。如果内存溢出，程序将无法正常运行，并导致内存不足错误。

但是，如果启用了交换空间并且有足够的交换空间（足够大，可以存储从内存溢出的数据），那么它就可以工作。

该机制的工作原理如下：
1）CPU 将不常用的数据从内存写入交换区（存储空间），以便获取所需数据
）然后，CPU 将数据从存储空间读取到步骤 1）释放出的内存区域
。
在内存和存储空间之间 交换！本质上，数据

这样一来，计算机就能像拥有更多内存一样运行。

当然，凡事有利有弊。
正如我多次提到的，存储速度很慢。当内存耗尽时，频繁地读写数据，处理速度自然会下降。磁盘 I/O 也会增加。
结果就是，“程序能运行，但体验并不流畅……”的情况
。但这总比因为错误而停止运行要好得多。

当发生交换事件时，性能下降的原因正是上述原理所致。
因此，您不应忽略交换事件，而应首先认识到，交换是一个便捷的功能，它可以让原本无法正常运行的功能开始运行。

没错，一位母亲巧妙管理有限家庭预算的智慧之举是……！

*顺便一提，以上解释以 Linux 为例，但 Windows 也“虚拟内存”。有类似于交换空间（SWAP）的东西，叫做
↓就是这样。

在初始状态下，Windows 会根据已安装内存的大小自动分配推荐量的虚拟内存。

结论

结论如下：

• 如果频繁发生交换操作，系统运行速度会变得非常慢。
• 但是，如果不设置 SWAP，则可能会出现因内存不足而无法启动程序的情况。
• 如果 Linux 运行所需的内存不足，则可能会发生 OOM Killer 事件。

考虑到以上因素，

• 您需要根据系统的内存消耗情况，为交换空间设置合适的大小。
• 不断消耗交换空间的系统首先应该考虑扩大内存容量。
• 如果 SWAP 消耗持续无限增长，则可能是由于程序故障（例如内存泄漏）或设置不当造成的，因此需要进行调查。

以上是我们能提出的一些要点。
为了构建一个稳定的系统，让我们正确配置交换分区！

最后

这里是 SEKARAKU 实验室，我所在的系统开发服务公司。

SEKARAKU 实验室：https://sekarakulab.beyondjapan.com

Beyond 可以处理从服务器设计和构建到运营的一切事宜，因此如果您在服务器端开发方面遇到任何问题，请随时与我们联系。

感谢您阅读至此。
近年来，随着硬件性能的提升和软件中高效内存管理机制的引入，您可能不再需要像以前那样关注交换空间（SWAP）。
然而，它仍然是所有操作系统都包含的一项重要功能。
本文仅作简要介绍，如果您感兴趣，欢迎深入研究。

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