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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mkswapswapon),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]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