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zswap

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zswap
開發者 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[编辑]

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。此外,截止Linux 3.13,zswap需要通过显式指定内核引导参数zswap.enabled1以启用。[1][2][4]

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(LFU)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][7]

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][8]

历史[编辑]

Recent developments[编辑]

  • In early 2008, a Linux project named zram (originally called compcache) was released; in a 2013 update, it was incorporated into Chrome OS[9] and Android 4.4
  • In 2010, IBM released Active Memory Expansion (AME) for AIX 6.1 which implements virtual memory compression.[10]
  • In 2012, some versions of the POWER7+ chip included the AME hardware accelerator for data compression support, used on AIX, for virtual memory compression.[11]
  • In December 2012, the zswap project was announced; it was merged into the Linux kernel mainline in September 2013.
  • In June 2013, Apple announced that it will include virtual memory compression in OS X Mavericks, using the WKdm algorithm.[12][13]
  • An August 10, 2015 "Windows Insider Preview" update for Windows 10 added support for RAM compression.[14]

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。[15][16]

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][17]

自Linux 3.15(发布于2014年6月8日)起,zswap支持多种交换设备。[18][19]

替代[编辑]

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mkswapswapon),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。[20]

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。[20]

参见[编辑]

参考[编辑]

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 Seth Jennings. The zswap compressed swap cache. LWN.net. February 12, 2013 [January 22, 2014]. 
  2. 2.0 2.1 Jenifer Hopper. New Linux zswap compression functionality. IBM. December 11, 2012 [January 31, 2014]. 
  3. 3.0 3.1 Michael Larabel. Zswap Merged Into The Linux 3.11 Kernel. Phoronix. July 11, 2013 [February 5, 2014]. 
  4. 4.0 4.1 4.2 4.3 Linux kernel documentation: Documentation/vm/zswap.txt. kernel.org. November 22, 2013 [January 22, 2014]. 
  5. Dan Magenheimer. Frontswap [PATCH 0/4] (was Transcendent Memory): Overview. gmane.org. April 22, 2010 [December 23, 2014]. 
  6. Jonathan Corbet. Cleancache and Frontswap. LWN.net. May 4, 2010 [March 26, 2014]. 
  7. kernel/git/torvalds/linux.git: zswap: add to mm/. Linux kernel source tree. kernel.org. July 11, 2013 [February 5, 2014]. 
  8. kernel/git/torvalds/linux.git: zbud: add to mm/. Linux kernel source tree. kernel.org. July 11, 2013 [February 5, 2014]. 
  9. 引用错误:无效<ref>标签;未给name属性为zram-google-page的引用提供文字
  10. 引用错误:无效<ref>标签;未给name属性为IBM-AIX-AME的引用提供文字
  11. 引用错误:无效<ref>标签;未给name属性为IBM-POWER7+的引用提供文字
  12. http://arstechnica.com/apple/2013/10/os-x-10-9/17/#compressed-memory
  13. https://www.usenix.org/legacy/publications/library/proceedings/usenix01/cfp/wilson/wilson_html/node23.html
  14. Aul, Gabe. Announcing Windows 10 Insider Preview Build 10525. Blogging Windows. Microsoft. August 18, 2015 [August 19, 2015]. 
  15. [PATCH 0/8] zswap: compressed swap caching. gmane.org. December 11, 2012 [January 5, 2014]. 
  16. [PATCHv10 0/4] zswap: compressed swap caching. gmane.org. May 8, 2013 [January 5, 2014]. 
  17. Linux kernel 3.11, Section 9. Zswap: A compressed swap cache. kernelnewbies.org. September 2, 2013 [January 22, 2014]. 
  18. Linux kernel 3.15, Section 4. Memory management. kernelnewbies.org. June 8, 2014 [June 15, 2014]. 
  19. kernel/git/torvalds/linux.git: mm/zswap: support multiple swap devices. Linux kernel source tree. kernel.org. April 7, 2014 [June 15, 2014]. 
  20. 20.0 20.1 Dan Magenheimer. In-kernel memory compression. LWN.net. April 3, 2013 [March 8, 2014]. 

外部链接[编辑]