宋宝华：swappiness=0究竟意味着什么？

Posted 2020-12-21

原创 宋宝华 Linux阅码场 2018-01-25

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本文解释swappiness的作用，以及swappiness=0究竟意味着什么。

内存回收

我们都知道，Linux一个进程使用的内存分为2种：

1. file-backed pages（有文件背景的页面，比如代码段、比如read/write方法读写的文件、比如mmap读写的文件；他们有对应的硬盘文件，因此如果要交换，可以直接和硬盘对应的文件进行交换），此部分页面进page cache
2. anonymous pages（匿名页，如stack，heap，CoW后的数据段等；他们没有对应的硬盘文件，因此如果要交换，只能交换到虚拟内存-swapfile或者Linux的swap硬盘分区），此部分页面，如果系统内存不充分，可以被swap到swapfile或者硬盘的swap分区
   因此，Linux在进行内存回收(memory reclaim)的时候，实际上可以从1类和2类这两种页面里面进行回收，而swappiness就决定了回收这2类页面的优先级。
   swappiness越大，越倾向于回收匿名页；swappiness越小，越倾向于回收file-backed的页面。当然，它们的回收方法都是一样的LRU算法。
   

   swappiness=0的历史与现在

   在Linux的早期版本（2012年以前的版本，kernel 3.5-rc1），哪怕swappiness被设置为0，其实匿名页仍然有被交换出去的机会：
   早先的回收权重是这样计算的：

anon_prio = swappiness;
file_prio = 200 - anon_prio;
ap = (anon_prio + 1) * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
fp = (file_prio + 1) * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);

由此可看出，哪怕swappiness为0，ap也是不会为0的，只是比较小。所以swappiness=0不意味着匿名页就不交换。
2012年的第一场雪，比以往时候来得更晚一些
这一年，一个小小的提交，引发了蝴蝶效应，并震惊寰宇：
https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=fe35004fbf9eaf67482b074a2e032abb9c89b1dd

它彻底改变了swappiness=0的定义。这个commit，碧血横飞，浩气四塞，草木为之含悲，风云因而变色。

它的意思再明确不过，如果swappiness=0，除非系统的内存过小（nr_free + nr_filebacked < high watermark）这种恶劣情况发生，
都只是考虑交换file-backed的pages，就不会考虑交换匿名页了。
它改动的代码如下：

-ap = (anon_prio + 1) * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
+ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
-fp = (file_prio + 1) * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
+fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);

anon_prio如果为0的话，ap也为0了。
于是乎，现在的swappiness如果等于0的话，意味着哪怕匿名页占据的内存很大，哪怕swap分区还有很多的剩余空间，除非恶劣情况发生，都不会交换匿名页，因此这可能造成更大的OOM压力。不像以前，平时会一直兼顾着回收page cache和匿名页。

现在swappiness=0的情况下，天平的格局是：

一石激起千层浪,两指弹出万般音。相关社区的网站内容都跟着进行了更新，比如红帽子：

特洛伊之战中，在决定阿基琉斯和赫克托尔的命运的生死一战中，荷马将命运的天平放在宙斯手中：“天父取出他的那杆黄金天秤，把两个悲惨的死亡判决放进秤盘，一个属阿基琉斯，一个属驯马的赫克托尔，他提起秤杆中央，赫克托尔一侧下倾，滑向哈得斯。”

跨过特洛伊***屠城千年的悲凉，我们看到Linux里面两位战神的命运，被一个码农轻松地决定。
这个修改引起了一系列的连锁反应，而相关的文档修改，却是发生在2年之后：
https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=8582cb96b0bfd6891766d8c30d759bf21aad3b4d

MEM CGroup里面的swappiness

在使能Memory CGroup的情况下，每个memory group可以设置自己的swappiness值，如果某个group的swappiness被设置为0，这个group的匿名页交换会被完全禁止，从而诱发该group在无file-backed页面可回收情况下（哪怕swap空间还很大）的OOM，这一点透过Documentation/cgroup-v1/memory.txt文档可以看出：
“
5.3 swappiness
Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer if there are no file pages to reclaim.