本文讨论的 swap基于Linux4.4内核代码 。Linux内存管理是一套非常复杂的系统，而swap只是其中一个很小的处理逻辑。主要是：swap、swappiness及kswapd原理，swap分区优先级的妙用。
解决以下问题：
1、 swap到底是干嘛的？
2、 什么是内存水位标记？
3、 swap分区的优先级（prIOrity）有啥用？
1、什么是SWAP，到底是干嘛的？
我们一般所说的swap，指的是一个交换分区或文件。在Linux上可以使用swapon -s命令查看当前系统上正在使用的交换空间有哪些，以及相关信息：
$ swapon -s filename Type Size Used Priority /dev/dm-4 partition 33554428 0 -1
从功能上讲，交换分区主要是在内存不够用的时候，将部分内存上的数据交换到swap空间上，以便让系统不会因内存不够用而导致oom或者更致命的情况出现。
所以，当内存使用存在压力，开始触发内存回收的行为时，就可能会使用swap空间。
内核对swap的使用实际上是跟内存回收行为紧密结合的。那么关于内存回收和swap的关系，我们需要思考以下几个问题：
- 为什么要进行内存回收？
- 哪些内存可能会被回收呢？
- 回收的过程中什么时候会进行交换呢？
- 具体怎么交换？
下面我们就从这些问题出发，一个一个进行分析。
为什么要进行内存回收？
根据这个enum可以看到，内存回收主要需要进行扫描的链表有如下4个：
- anon的inactive
- anon的active
- file的inactive
- file的active
就是说，内存回收操作主要针对的就是内存中的文件页（file cache）和匿名页。
关于活跃（active）还是不活跃（inactive）的判断内核会使用lru算法进行处理并进行标记，我们这里不详细解释这个过程。
整个扫描的过程分几个循环：
- 首先扫描每个zone上的cgroup组；
- 然后再以cgroup的内存为单元进行page链表的扫描；
- 内核会先扫描anon的active链表，将不频繁的放进inactive链表中，然后扫描inactive链表，将里面活跃的移回active中；
4.进行swap的时候，先对inactive的页进行换出；
5.如果是file的文件映射page页，则判断其是否为脏数据，如果是脏数据就写回，不是脏数据可以直接释放。
这样看来， 内存回收这个行为会对两种内存的使用进行回收:
- 一种是anon的匿名页内存，主要回收手段是swap；
- 另一种是file-backed的文件映射页，主要的释放手段是写回和清空。
因为针对filebased的内存，没必要进行交换，其数据原本就在硬盘上，回收这部分内存只要在有脏数据时写回，并清空内存就可以了，以后有需要再从对应的文件读回来。
内存对匿名页和文件缓存一共用了 四条链表 进行组织，回收过程主要是针对这四条链表进行扫描和操作。
2 、什么是内存水位标记？(watermark)
那么如何描述内存使用的压力呢？
Linux内核使用水位标记（watermark）的概念来描述这个压力情况。
Linux为内存的使用设置了三种内存水位标记:high、low、min。他们 所标记的含义分别为：
- 剩余内存在high以上表示内存剩余较多，目前内存使用压力不大；
- high-low的范围表示目前剩余内存存在一定压力；
- low-min表示内存开始有较大使用压力，剩余内存不多了；
- min是最小的水位标记，当剩余内存达到这个状态时，就说明内存面临很大压力。
- 小于min这部分内存，内核是保留给特定情况下使用的，一般不会分配。
内存回收行为就是基于剩余内存的水位标记进行决策的：
当系统剩余内存低于watermark[low]的时候，内核的kswapd开始起作用，进行内存回收。直到剩余内存达到watermark[high]的时候停止。
如果内存消耗导致剩余内存达到了或超过了watermark[min]时，就会触发直接回收（direct reclaim）。
明白了水位标记的概念之后，zonefile zonefree <= high_wmark_pages(zone)这个公式就能理解了。
这里的zonefile相当于内存中文件映射的总量，zonefree相当于剩余内存的总量。
内核一般认为，如果zonefile还有的话，就可以尽量通过清空文件缓存获得部分内存，而不必只使用swap方式对anon的内存进行交换。
整个判断的概念是说，在全局回收的状态下（有global_reclaim(sc)标记），如果当前的文件映射内存总量 剩余内存总量的值评估小于等于watermark[high]标记的时候，就可以进行直接swap了。
这样是为了防止进入cache陷阱，具体描述可以见代码注释。
这个判断对系统的影响是， swappiness设置为0时，有剩余内存的情况下也可能发生交换。
swap的相关操纵命令
可以使用mkswap将一个分区或者文件创建成swap空间。swapon可以查看当前的swap空间和启用一个swap分区或者文件。swapoff可以关闭swap空间。
我们使用一个文件的例子来演示一下整个操作过程：
制作swap文件：
启用swap文件：
关闭swap空间：
3、swap分区的优先级（priority）有啥用？
在使用多个swap分区或者文件的时候，还有一个优先级的概念（Priority）。
在swapon的时候，我们可以使用-p参数指定相关swap空间的优先级， 值越大优先级越高 ，可以指定的数字范围是－1到32767。
内核在使用swap空间的时候总是先使用优先级高的空间，后使用优先级低的。
当然如果把多个swap空间的优先级设置成一样的，那么两个swap空间将会以轮询方式并行进行使用。
如果两个swap放在两个不同的硬盘上，相同的优先级可以起到类似RAID0的效果，增大swap的读写效率。
另外，编程时使用mlock()也可以将指定的内存标记为不会换出，具体帮助可以参考man 2 mlock。
总结
关于swap的使用建议，针对不同负载状态的系统是不一样的。有时我们希望swap大一些，可以在内存不够用的时候不至于触发oom-killer导致某些关键进程被杀掉，比如数据库业务。
也有时候我们希望不要swap，因为当大量进程爆发增长导致内存爆掉之后，会因为swap导致IO跑死，整个系统都卡住，无法登录，无法处理。
这时候我们就希望不要swap，即使出现oom-killer也造成不了太大影响，但是不能允许服务器因为IO卡死像多米诺骨牌一样全部死机，而且无法登陆。跑cpu运算的无状态的apache就是类似这样的进程池架构的程序。
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