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zswap

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zswap
开发者塞思·詹宁斯（Seth Jennings）及其他
编程语言C
操作系统Linux
类型Linux内核功能
许可协议GNU通用公共许可证
网站kernel.org

zswap是一项Linux内核的虚拟内存压缩功能，可为将要交换的页面提供压缩回写缓存。当内存页将要交换出去时，zswap不将其移动到交换设备，而是对其执行压缩，然后存储到系统RAM内动态分配的内存池中。回写到实际交换设备的动作则会延迟，甚至能完全避免，从而显著减少Linux系统用于交换的I/O；副作用则是压缩所需的额外CPU周期。[1][2][3]

zswap能减少I/O，因而有利于使用固态存储的设备，包括嵌入式设备、上网本及其它相似的低端硬件设备，也包括其它使用SSD存储的设备。由于其固有性质，闪存的寿命有限，因而避免以其提供交换空间可防止其迅速磨损。[4]

内部机制

zswap通过使用由frontswap提供的API集成入Linux内核虚拟内存子系统的剩余部分中，该接口是Linux内核中的一种机制，能对各类可用作交换空间的存储进行抽象[5]。因此，zswap可通过提供内部可见的伪-RAM设备，以frontswap后端驱动的身份运作。换句话说，frontswap API使得zswap可在内存页交换出的时候拦截它，及已交换页面的页缺失；在获取这两个通路后，zswap便可充当交换页面的压缩回写缓存[1][6]。

在内部，zswap使用由内核加密API提供的压缩模块，从而使其有可能（比如说）使用受内核支持的硬件压缩加速器，将压缩任务搬离主CPU。使用内核引导参数zswap.compressor，开机时可以动态地选择要使用的压缩模块；缺省值为deflate，表示使用Lempel-Ziv-Oberhumer（LZO）压缩。Linux操作系统是否默认启用zswap取决于内核编译配置时CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON选项是否启用，此外，可以显式指定内核引导参数zswap.enabled来覆盖这一设置。[7]

zswap可使用的内存池最大大小可由sysfs参数max_pool_percent配置，它指定池可占用的总系统RAM的最大百分比。内存池并非预先分配到所配置的最大尺寸；相反，它会根据要求增加和缩小。当在交换的过程中达到了配置的最大池大小，或者由于内存不足无法分配更多的池时，将会根据最近最少使用（LRU）原则，从内存池逐出交换页面到交换设备上。这种方式使zswap成为真正的交换缓存，因为一旦缓存已满，最旧的缓存页面将会被逐出到交换设备中去，因而较新的交换页面就能有空间压缩并缓存。[1][4][8]

zbud是由zswap内部使用的专用内存分配器，用于存储压缩页面；它是Oracle zcache内部使用的zbud分配器的重写。zbud的工作原理是，在每张物理内存页中存储至多两张压缩页面（“buddies”，分配器因而得名），这既有优势（简单的空间收集及空闲空间复用）也有劣势（潜在的低内存利用率）。然而，由于它的设计，zbud分配的内存空间不会比最初未压缩页面所使用的还多。[3][9]

历史

zswap和zbud都由塞思·詹宁斯开发。2012年，此时代码库已经成熟，但仍标记为实验性内核功能。[10][11]

zswap（连同zbud）于Linux 3.11（发布于2013年9月2日）合并入Linux内核主线。[4][12]

自Linux 3.15（发布于2014年6月8日）起，zswap支持多种交换设备。[13][14]

自 Linux 6.8 （发布于2024年3月11日）起，zswap 支持关闭特定 cgroup 的写回功能。[15]

替代

其中一个zswap的替代是zram，它向Linux内核提供了类似但有所不同的“压缩交换页面到RAM”机制。

主要区别在于，zram提供以RAM存储数据的压缩块设备，作为独立的一般交换设备。使用zram需要额外的用户空间配置（通过使用mkswap和swapon），这样zram提供的基于RAM的交换设备才能被初始化并配置使用。正如设计的那样，zram可提供交换空间，即使是没有其他可用的交换设备，从而更适合用于未提供交换空间的系统，如嵌入式设备。[16]

相比之下，zswap则作为基于RAM的一般交换设备的压缩缓存，运行透明，不需要用户空间额外配置。zswap提供最少使用交换页面的逐出机制，而zram不支持。尽管如此，因其设计的缘故，至少需要一个已存在的交换设备，以便为其所用。[16]

关联项目

  • 2008年初，zram（最初称为compcache）的Linux项目发布，在2013年被Chrome OS[17]和Android 4.4采用。
  • 2010年，IBM发布了适用于AIX 6.1的Active Memory Expansion（AME），实现了虚拟内存压缩。[18]
  • 2012年，某些版本的POWER7+芯片包含了AME硬件加速器，用于AIX上的虚拟内存压缩。[19]
  • 2013年6月，苹果宣布将在OS X Mavericks中使用WKdm算法包含虚拟内存压缩。[20][21]
  • 2015年8月10日"Windows Insider Preview" Windows 10更新加入了内存压缩支持[22]

参见

参考

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Seth Jennings. The zswap compressed swap cache. LWN.net. February 12, 2013 [January 22, 2014]. （原始内容存档于2021-11-28）. 
  2. ^ Jenifer Hopper. New Linux zswap compression functionality. IBM. December 11, 2012 [January 31, 2014]. （原始内容存档于2014-10-14）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Michael Larabel. Zswap Merged Into The Linux 3.11 Kernel. Phoronix. July 11, 2013 [February 5, 2014]. （原始内容存档于2021-05-09）. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Linux kernel documentation: Documentation/vm/zswap.txt. kernel.org. November 22, 2013 [January 22, 2014]. （原始内容存档于2022-01-07）. 
  5. ^ Dan Magenheimer. Frontswap [PATCH 0/4] (was Transcendent Memory): Overview. gmane.org. April 22, 2010 [December 23, 2014]. （原始内容存档于2017-04-26）. 
  6. ^ Jonathan Corbet. Cleancache and Frontswap. LWN.net. May 4, 2010 [March 26, 2014]. （原始内容存档于2021-11-08）. 
  7. ^ zswap — The Linux Kernel documentation. docs.kernel.org. [2024-01-01]. （原始内容存档于2024-04-18）. 
  8. ^ kernel/git/torvalds/linux.git: zswap: add to mm/. Linux kernel source tree. kernel.org. July 11, 2013 [February 5, 2014]. 
  9. ^ kernel/git/torvalds/linux.git: zbud: add to mm/. Linux kernel source tree. kernel.org. July 11, 2013 [February 5, 2014]. 
  10. ^ [PATCH 0/8] zswap: compressed swap caching. gmane.org. December 11, 2012 [January 5, 2014]. （原始内容存档于2016-03-09）. 
  11. ^ [PATCHv10 0/4] zswap: compressed swap caching. gmane.org. May 8, 2013 [January 5, 2014]. （原始内容存档于2017-04-26）. 
  12. ^ Linux kernel 3.11, Section 9. Zswap: A compressed swap cache. kernelnewbies.org. September 2, 2013 [January 22, 2014]. （原始内容存档于2021-11-14）. 
  13. ^ Linux kernel 3.15, Section 4. Memory management. kernelnewbies.org. June 8, 2014 [June 15, 2014]. （原始内容存档于2018-06-11）. 
  14. ^ kernel/git/torvalds/linux.git: mm/zswap: support multiple swap devices. Linux kernel source tree. kernel.org. April 7, 2014 [June 15, 2014]. 
  15. ^ 存档副本. [2024-05-05]. （原始内容存档于2024-05-05）. 
  16. ^ 16.0 16.1 Dan Magenheimer. In-kernel memory compression. LWN.net. April 3, 2013 [March 8, 2014]. （原始内容存档于2021-10-09）. 
  17. ^ 引用错误：没有为名为zram-google-page的参考文献提供内容
  18. ^ 引用错误：没有为名为IBM-AIX-AME的参考文献提供内容
  19. ^ 引用错误：没有为名为IBM-POWER7+的参考文献提供内容
  20. ^ 存档副本. [2015-08-24]. （原始内容存档于2017-01-17）. 
  21. ^ 存档副本. [2015-08-24]. （原始内容存档于2016-03-05）. 
  22. ^ Aul, Gabe. Announcing Windows 10 Insider Preview Build 10525. Blogging Windows. Microsoft. August 18, 2015 [August 19, 2015]. （原始内容存档于2015-08-19）. 

外部链接

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