swap用来做什么
缓存和缓冲区属于可回收内存，它们在内存管理中，通常被叫做文件页（File- backed page）大部分文件页都可以直接回收，以后需要时，再从磁盘重新读取就可以了，那些被应用程序修改过，并且暂时没有写入磁盘的数据（脏页）就得先写入磁盘，然后才能进行内存释放
除了文件页外，应用程序动态分配的堆内存叫做匿名页（Anonymous Page）如堆，栈，数据段等，不是以文件形式存在，因此无法和磁盘文件交换，是通过swap机制把不常访问匿名页占用的内存写入到磁盘中，然后释放这些内存，再次方式这些内存时，重新冲磁盘写入内存就可以了
匿名页 和 文件页 的回收都是基于LRU算法，优先回收不常访问的内存，所以LRU维护了active和inactive两个双向链表
- active：记录活跃内存页
- inactive：记录不活跃内存页
活跃和非活跃的 匿名页 和 文件页 大小查看
cat /proc/meminfo | grep -i active | sort
Active: 274616 kB
Active(anon): 38224 kB
Active(file): 236392 kB
Inactive: 320624 kB
Inactive(anon): 136 kB
Inactive(file): 320488 kB
swap 原理
Swap就是把一块磁盘空间或者本地文件想做内存来使用，它包括换出和换入两个过程
- 换出：就是把进程暂时不用的内存数据存储到磁盘中，并且释放这些数据占用的内存
- 换入：进程再次访问这些内存的时候，把它们从磁盘读取到内存中
使用场景
Swap其实就是把系统的可用内存变大了，即使服务器内存不足，页可用运行大内存的应用程序
- 内存不足时，有些程序并不想被OOM杀死，而是希望能缓一段时间，等待人工介入或者等系统自动释放其他进程的内容，再分配给它就会用到swap
swap也是为了回收匿名页占用的内存
直接内存回收：当有大块内存分配请求，但是内存不足，这时候系统就会回收一部分内存（比如缓存）尽可能的满足新内存的请求，这个过程叫做 直接内存回收
定时内存回收：内核kswapd0线程用来定时回收内存，为了衡量内存的使用情况，kswapd0定义了三个内存阈值是 页最小阈值（pages_min），页低阈值（pages_low）和页高阈值（pages_high），剩余内存则使用pages_free表示
- 剩余内存 < 页最小阈值：说明内存可用内存都耗尽了，只有内核才可以分配内存
- 剩余内存落在页最小阈值和页低阈值中间：说明内存使用比较大，剩余内存不多了，kswapd0回执行内存回收，知道剩余内存大于高阈值为止
- 剩余内存落在页低阈值和页高阈值中间：说明内存有一定压力，但是还可以满足新内存请求。
- 剩余内存 > 页高阈值：说明剩余内存比较对，没有内存压力
页低赋值可以通过内核选项vm.min_free_kbytes 间接设置 /proc/sys/vm/min_free_kbytes，min_free_kbytes设置了页最小阈值，其他两个阈值根据页最小阈值计算生成的
pages_low = pages_min*5/4
pages_high = pages_min*3/2
NUMA与Swap
有时候系统内存剩余还很多，但是Swap还是升高了，是因为处理器NUMA架构导致的
在NUMA框架下，多个处理器被划分到不同Node上，且每个Node 都拥有自己的本地内存空间，并且进一步又分为内内参域（zone），不如 直接内存访问区（DMA），普通内存区（NORMAL），伪内存区（MOVABLE）等
因为NUMA框架下每个Node都有自己的本地内存空间，所以分析内存使用需要根据每个Node单独分析, 可以通过numactl 查看每个Node内存使用情况
[root@master1 ~]# numactl --hardware
available: 1 nodes (0)
node 0 cpus: 0 1 2 3
node 0 size: 8191 MB
node 0 free: 1793 MB
node distances:
node 0
0: 10
根据这个输出，我们系统中只有一个Node，就是Node0，编号为0 1 2 3的CPU都位于Node0上。另外Node0的内存大小为 8191 MB，剩余1793 MB
前面提到的页最小，页低，页高的三个阈值都可以在内存域/proc/zoneinfo来查看
[root@master1 ~]# cat /proc/zoneinfo | grep -i -A 15 "Node 0"
Node 0, zone DMA
pages free 3975
min 30
low 37
high 45
scanned 0
spanned 4095
present 3998
managed 3977
nr_free_pages 3975
nr_alloc_batch 8
nr_inactive_anon 0
nr_active_anon 0
nr_inactive_file 0
nr_active_file 0
nr_unevictable 0
--
Node 0, zone DMA32
pages free 159434
min 5530
low 6912
high 8295
scanned 0
spanned 1044480
present 782327
managed 721081
nr_free_pages 159434
nr_alloc_batch 1343
nr_inactive_anon 14605
nr_active_anon 95179
nr_inactive_file 193717
nr_active_file 206850
nr_unevictable 0
--
Node 0, zone Normal
pages free 295068
min 9798
low 12247
high 14697
scanned 0
spanned 1310720
present 1310720
managed 1277513
nr_free_pages 295068
nr_alloc_batch 127
nr_inactive_anon 16505
nr_active_anon 141332
nr_inactive_file 335925
nr_active_file 383442
nr_unevictable 0
上面输出包含了三个内存域的指标，min，low，high 就是上面提到的三个内存阈值，而free是剩余内存页数它跟后面的nr_free_pages相同 注意： 这里单位是页，每一页是4kb，比如计算页最小阈值需要把 三个zone的min相加 * 4kb（9798 + 5530 + 30）* 4
根据输入内容发现pages free剩余内存远高于high，所以此时kswapd0不会回收内存，当某个Node内存不足时，系统可以从其他Node寻找空闲内容，页可以从本地内存中回收内存，需要选哪个模式，可以通过/proc/sys/vm/zone_reclaim_mode来调整
- 默认为0，也就是刚刚提到的模式，表示既可以从其他Node寻找空闲内，页可以从本地回收内存，这时候就会导致回收文件页和匿名页，匿名页的回收所以会触发swap
- 1，2，4，表示只回收本地内存，2表示可以回收写脏数据回收内存，4表示可以用Swap方式回收内存
swappiness
使用swap的积极程度可以通过内核参数 vm.swappiness 间接配置 /proc/sys/vm/swappiness 选项，配置范围0-100，数字越大，越积极使用Swap，也就是更倾向于回收匿名页，数值越小，越消极使用Swap
即使你设置为0，当剩余内存文件页小于高阈值时，还是会发生Swap
# 按VmSwap使用量对进程排序，输出进程名称、进程ID以及SWAP用量
$ for file in /proc/*/status ; do awk '/VmSwap|Name|^Pid/{printf $2 " " $3}END{ print ""}' $file; done | sort -k 3 -n -r | head
dockerd 2226 10728 kB
docker-containe 2251 8516 kB
snapd 936 4020 kB
networkd-dispat 911 836 kB
polkitd 1004 44 kB
总结
Linux通过直接内存回收和定时内存扫描回收方式来释放文件页和匿名页
- 文件页的回收：就是直接回收缓存，或者把脏数据写回磁盘后释放
- 匿名也的回收：需要通过Swap换出到磁盘中，下次访问时，在从磁盘换入到内存中
定时内存扫描回收方式的阈值可以通过内核选项vm.min_free_kbytes来设置
只要涉及到回收匿名页就会涉及触发Swap
假如没有开启swap的话，进程的匿名页就无法释放，需要在进程的重启或者杀掉释放
swap使用积极程度可以通过内核参数vm.swappiness 设置
在处理器NUMA框架下，每个Node都有自己的内存域，某个Node自己内存域下剩余内存不多情况下，导致内存回收也就有可能触发Swap
