如何使用zSwap提高系统性能

使用 zSWAP、zstd 和 z3fold 来提高操作系统的性能！

压缩可以降低占用空间，顾名思义，内存压缩就是压缩内存，节省内存空间。就目前的技术而言， I/O 的速度远远慢于这 RAM 操作速度。因此，如果频繁地做 I/O 操作，不仅影响 flash 使用寿命，还严重影响系统性能。内存压缩是一种让 I/O 过程平滑过渡的做法, 即尽量减少由于内存紧张导致的 I/O，提升性能。

使用zSwap提高系统性能

介绍 zSwap 技术

zSwap 是 Linux 内核的一个功能，它为交换页提供了一个压缩的回写缓存，作为一种虚拟内存压缩形式。当内存页要被换出时，zSwap 不会把它们移到交换设备上，而是对它们进行压缩，然后把它们存储到系统 RAM 中动态分配的内存池中。后来，向实际的交换设备的回写被推迟了，甚至完全避免了，从而大大减少了需要交换的 Linux 系统的 I/O，其代价是需要额外的 CPU 周期来执行压缩。

zSwap 允许 Linux 更有效地利用 RAM，因为它实际上增加了内存容量，而不是在压缩/解压缩交换页时稍微增加 CPU 的使用。zSwap 存在于内核中，但默认并没有开启，要使用它必须通过修改配置文件开启。

主流内存压缩技术

• zSwap

​ zSwap 是在 memory 与 flash 之间的一层缓存，当内存需要 swap 出去磁盘的时候，先通过压缩放到 zSwap 中去，zSwap 空间按需增长。达到一定程度后则会按照 LRU 的顺序(前提是使用的内存分配方法需要支持 LRU)将就最旧的 page 解压写入磁盘 swap device，之后将当前的 page 压缩写入 zSwap。

zSwap 本身存在一些缺陷或问题：如果开启当 zSwap 满交换出 backing store 的功能, 由于需要将 zSwap 里的内存按 LRU 顺序解压再 swap out，这就要求内存分配器支持 LRU 功能；如果不开启当 zSwap 满交换出 backing store 的功能, 和 zRam 是类似的。

• zRAM

zRram 即压缩的内存，使用内存模拟 block device 的做法。实际不会写到块设备中去，只会压缩后写到模拟的块设备中，其实也就是还是在 RAM 中，只是通过压缩了。由于压缩和解压缩的速度远比读写 I/O 好，因此在移动终端设备广泛被应用。

zRram 本身存在一些缺陷或问题：zRam 大小是可灵活配置的，配置多少成为了一个问题；使用 zRam 可能会在低内存场景由于频繁的内存压缩导致 kswapd 进程占 CPU 高；增大了 zRam 配置，对系统内存碎片是否有影响

• zCache

​zCache 是 oracle 提出的一种实现文件页压缩技术，也是 memory 与 block dev 之间的一层存储，与 zSwap 比较接近，但 zCache 目前压缩的是文件页，而 zSwap 和 zRAM 压缩是匿名页。

介绍 zstd 压缩算法

Zstandard 是一种实时压缩算法，提供高压缩率。它提供了非常广泛的压缩/速度权衡，同时有一个非常快的解码器支持。它还为小数据提供了一种特殊的模式，称为字典压缩，并可以从任何样本集中创建字典。Zstandard 库是作为使用 BSD 许可证的开源软件提供的。

开启 zSwap 的方法

# edit grub as root
$ sudo vim /etc/default/grub
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash zswap.enabled=1 zswap.compressor=zstd zswap.zpool=z3fold"

# update grub
$ sudo update-grub

# install zstd and Z3fold
$ sudo apt install checkinstall build-essential
$ sudo apt install zstd # not the latest version

# edit the modules file
$ sudo vim /etc/initramfs-tools/modules
...
zstd
zstd_compress
z3fold

# update initramfs
$ sudo update-initramfs -u -k all

# restart PC and verify ZSWAP if enabled
$ cat /sys/module/zswap/parameters/enabled
Y

# verify ZSWAP if its using zstd and z3fold
$ sudo dmesg | grep -i zswap:
[    1.059997] zswap: loaded using pool zstd/z3fold