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zswap

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zswap
開發者塞思·詹寧斯（Seth Jennings）及其他
編程語言C
操作系統Linux
類型Linux內核功能
許可協議GNU通用公共許可證
網站kernel.org

zswap是一項Linux內核的虛擬內存壓縮功能，可為將要交換的頁面提供壓縮回寫緩存。當內存頁將要交換出去時，zswap不將其移動到交換設備，而是對其執行壓縮，然後存儲到系統RAM內動態分配的內存池中。回寫到實際交換設備的動作則會延遲，甚至能完全避免，從而顯著減少Linux系統用於交換的I/O；副作用則是壓縮所需的額外CPU周期。[1][2][3]

zswap能減少I/O，因而有利於使用固態存儲的設備，包括嵌入式設備、上網本及其它相似的低端硬件設備，也包括其它使用SSD存儲的設備。由於其固有性質，閃存的壽命有限，因而避免以其提供交換空間可防止其迅速磨損。[4]

內部機制

zswap通過使用由frontswap提供的API集成入Linux內核虛擬內存子系統的剩餘部分中，該接口是Linux內核中的一種機制，能對各類可用作交換空間的存儲進行抽象[5]。因此，zswap可通過提供內部可見的偽-RAM設備，以frontswap後端驅動的身份運作。換句話說，frontswap API使得zswap可在內存頁交換出的時候攔截它，及已交換頁面的頁缺失；在獲取這兩個通路後，zswap便可充當交換頁面的壓縮回寫緩存[1][6]。

在內部，zswap使用由內核加密API提供的壓縮模塊，從而使其有可能（比如說）使用受內核支持的硬件壓縮加速器，將壓縮任務搬離主CPU。使用內核引導參數zswap.compressor，開機時可以動態地選擇要使用的壓縮模塊；缺省值為deflate，表示使用Lempel-Ziv-Oberhumer（LZO）壓縮。Linux操作系統是否默認啟用zswap取決於內核編譯配置時CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON選項是否啟用，此外，可以顯式指定內核引導參數zswap.enabled來覆蓋這一設置。[7]

zswap可使用的內存池最大大小可由sysfs參數max_pool_percent配置，它指定池可占用的總系統RAM的最大百分比。內存池並非預先分配到所配置的最大尺寸；相反，它會根據要求增加和縮小。當在交換的過程中達到了配置的最大池大小，或者由於內存不足無法分配更多的池時，將會根據最近最少使用（LRU）原則，從內存池逐出交換頁面到交換設備上。這種方式使zswap成為真正的交換緩存，因為一旦緩存已滿，最舊的緩存頁面將會被逐出到交換設備中去，因而較新的交換頁面就能有空間壓縮並緩存。[1][4][8]

zbud是由zswap內部使用的專用內存分配器，用於存儲壓縮頁面；它是Oracle zcache內部使用的zbud分配器的重寫。zbud的工作原理是，在每張物理內存頁中存儲至多兩張壓縮頁面（「buddies」，分配器因而得名），這既有優勢（簡單的空間收集及空閒空間復用）也有劣勢（潛在的低內存利用率）。然而，由於它的設計，zbud分配的內存空間不會比最初未壓縮頁面所使用的還多。[3][9]

歷史

zswap和zbud都由塞思·詹寧斯開發。2012年，此時代碼庫已經成熟，但仍標記為實驗性內核功能。[10][11]

zswap（連同zbud）於Linux 3.11（發布於2013年9月2日）合併入Linux內核主線。[4][12]

自Linux 3.15（發布於2014年6月8日）起，zswap支持多種交換設備。[13][14]

自 Linux 6.8 （發布於2024年3月11日）起，zswap 支持關閉特定 cgroup 的寫回功能。[15]

替代

其中一個zswap的替代是zram，它向Linux內核提供了類似但有所不同的「壓縮交換頁面到RAM」機制。

主要區別在於，zram提供以RAM存儲數據的壓縮塊設備，作為獨立的一般交換設備。使用zram需要額外的用戶空間配置（通過使用mkswap和swapon），這樣zram提供的基於RAM的交換設備才能被初始化並配置使用。正如設計的那樣，zram可提供交換空間，即使是沒有其他可用的交換設備，從而更適合用於未提供交換空間的系統，如嵌入式設備。[16]

相比之下，zswap則作為基於RAM的一般交換設備的壓縮緩存，運行透明，不需要用戶空間額外配置。zswap提供最少使用交換頁面的逐出機制，而zram不支持。儘管如此，因其設計的緣故，至少需要一個已存在的交換設備，以便為其所用。[16]

關聯項目

  • 2008年初，zram（最初稱為compcache）的Linux項目發布，在2013年被Chrome OS[17]和Android 4.4採用。
  • 2010年，IBM發布了適用於AIX 6.1的Active Memory Expansion（AME），實現了虛擬內存壓縮。[18]
  • 2012年，某些版本的POWER7+芯片包含了AME硬件加速器，用於AIX上的虛擬內存壓縮。[19]
  • 2013年6月，蘋果宣布將在OS X Mavericks中使用WKdm算法包含虛擬內存壓縮。[20][21]
  • 2015年8月10日"Windows Insider Preview" Windows 10更新加入了內存壓縮支持[22]

參見

參考

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Seth Jennings. The zswap compressed swap cache. LWN.net. February 12, 2013 [January 22, 2014]. （原始內容存檔於2021-11-28）. 
  2. ^ Jenifer Hopper. New Linux zswap compression functionality. IBM. December 11, 2012 [January 31, 2014]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2022-01-07）. 
  5. ^ Dan Magenheimer. Frontswap [PATCH 0/4] (was Transcendent Memory): Overview. gmane.org. April 22, 2010 [December 23, 2014]. （原始內容存檔於2017-04-26）. 
  6. ^ Jonathan Corbet. Cleancache and Frontswap. LWN.net. May 4, 2010 [March 26, 2014]. （原始內容存檔於2021-11-08）. 
  7. ^ zswap — The Linux Kernel documentation. docs.kernel.org. [2024-01-01]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2016-03-09）. 
  11. ^ [PATCHv10 0/4] zswap: compressed swap caching. gmane.org. May 8, 2013 [January 5, 2014]. （原始內容存檔於2017-04-26）. 
  12. ^ Linux kernel 3.11, Section 9. Zswap: A compressed swap cache. kernelnewbies.org. September 2, 2013 [January 22, 2014]. （原始內容存檔於2021-11-14）. 
  13. ^ Linux kernel 3.15, Section 4. Memory management. kernelnewbies.org. June 8, 2014 [June 15, 2014]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2024-05-05）. 
  16. ^ 16.0 16.1 Dan Magenheimer. In-kernel memory compression. LWN.net. April 3, 2013 [March 8, 2014]. （原始內容存檔於2021-10-09）. 
  17. ^ 引用錯誤：沒有為名為zram-google-page的參考文獻提供內容
  18. ^ 引用錯誤：沒有為名為IBM-AIX-AME的參考文獻提供內容
  19. ^ 引用錯誤：沒有為名為IBM-POWER7+的參考文獻提供內容
  20. ^ 存档副本. [2015-08-24]. （原始內容存檔於2017-01-17）. 
  21. ^ 存档副本. [2015-08-24]. （原始內容存檔於2016-03-05）. 
  22. ^ Aul, Gabe. Announcing Windows 10 Insider Preview Build 10525. Blogging Windows. Microsoft. August 18, 2015 [August 19, 2015]. （原始內容存檔於2015-08-19）. 

外部連結

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