Linux swap详解及监控

在 Linux 系统中， swap（交换空间) 是虚拟内存的一部分，作用是在物理内存（RAM）不足时，将部分不活跃的内存页移到磁盘上的 swap 分区或 swap 文件中，从而为活跃进程腾出内存空间。

一、为什么会使用 swap？

swap 的设计初衷 是提高系统的内存容错性和进程调度灵活性。

原因分析：

原因	说明	场景
RAM 不足	系统物理内存不够用，必须换页到磁盘	同时运行多个大内存应用，如数据库 + 浏览器 + 编译器
页面置换算法	内核会根据“最不常用（LRU）”策略，将长时间未使用的页移到 swap	很久未操作的后台服务内存页可能被 swap 出
应用程序内存泄漏	应用持续申请内存但未释放，内存被耗尽	Java 应用内存泄漏导致大量 swap
瞬时内存高峰	短时间内内存占用暴增时，swap 被动启用	解压大压缩包或批量操作大文件时瞬时爆内存
文件缓存压力	文件 I/O 造成 page cache 占用过多，挤压了匿名内存空间	rsync、大量读写造成 page cache 膨胀

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二、什么情况下会使用到 swap？

Linux 内核使用 swap 的决策与以下因素有关：

1. 可用内存不足

当可用内存（Available）接近 0，系统必须将部分内存页换出。

2. vm.swappiness 系统参数（0~100）

• 值越大，越积极使用 swap（默认是 60）。
• 值为 0，表示尽量不使用 swap，除非完全用完。

3. 进程优先级

• 内核会选择不活跃、长时间未访问的页优先换出。

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三、如何监控系统是否使用 swap？

1：使用 free 命令

free -h

输出：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           7.5G        6.2G        0.5G        1.1G        0.8G        0.9G
Swap:          2.0G        1.3G        0.7G

• Swap used 非零代表正在使用 swap。

2：使用 vmstat

vmstat 1 5

输出：

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 108572 150540 515952    0    0     0     1    0    0  1  0 99  0  0
 0  0      0 108572 150540 515956    0    0     0     0 1152 2136  1  0 98  0  0
 0  0      0 108572 150540 515956    0    0     0     0 1122 2132  1  1 99  0  0
 0  0      0 108572 150540 515956    0    0     0     0 1118 2144  1  0 99  0  0
 0  0      0 108572 150540 515956    0    0     0     0 1152 2156  1  1 99  0  0

• si（swap in）：从 swap 读入的速率（KB/s）
• so（swap out）：写入 swap 的速率（KB/s）

当 si 或 so 持续为正值，代表系统正在使用 swap。

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3：监控脚本

#!/bin/bash

# 文件名: monitor_swap_usage.sh
# 功能: 监控 swap 使用情况并生成日志

LOG_FILE="/var/log/swap_monitor.log"
THRESHOLD_MB=500  # 如果 swap 使用超过 500MB 则报警

# 获取当前 swap 使用情况（MB）
SWAP_USED_MB=$(free -m | awk '/Swap:/ {print $3}')

# 时间戳
NOW=$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')

if [ "$SWAP_USED_MB" -gt "$THRESHOLD_MB" ]; then
    echo "$NOW [警告] Swap 使用过高：${SWAP_USED_MB}MB" >> "$LOG_FILE"
else
    echo "$NOW [正常] Swap 使用：${SWAP_USED_MB}MB" >> "$LOG_FILE"
fi

可通过 crontab 每分钟运行一次：

* * * * * /bin/bash /path/to/monitor_swap_usage.sh

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四、如何避免使用 swap？

1：增加物理内存

• 根本解决方案，适用于高负载应用。

2：调整 vm.swappiness

# 查看当前值
cat /proc/sys/vm/swappiness

# 临时设置 swappiness 值为 10
sysctl -w vm.swappiness=10

# 永久修改（写入配置）
echo "vm.swappiness=10" >> /etc/sysctl.conf

建议：

• 0：尽量不使用 swap
• 10~20：适用于大内存服务器

3：优化内存使用

• 释放缓存：

  sync; echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
  

• 优化程序逻辑、避免内存泄漏

4：关闭 swap

# 关闭 swap（临时）
swapoff -a

# 永久关闭（注释 /etc/fstab 中的 swap 分区）
# 然后 reboot

生产环境慎用，可能导致 OOM 杀死进程。

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swap 被使用的真实情景

Java 应用启动多个大内存实例

java -Xmx3G -jar app1.jar &
java -Xmx3G -jar app2.jar &

如果系统总内存 8GB，启动后，剩余物理内存仅 1~2GB，swap 开始使用。

监控输出：

free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           7.5G        6.2G        0.5G        1.1G        0.8G        0.9G
Swap:          2.0G        1.3G        0.7G