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!1947 Release挑单:添加kernel新增特性ESWAP配置文档

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- [Linux内核概述](kernel-standard-overview.md)
- [开发板Patch使用指导](kernel-standard-patch.md)
- [Linux内核编译与构建指导](kernel-standard-build.md)
- [内核增强特性](kernel-standard-enhanced-features.md)
- [内存管理](kernel-standard-mm.md)
- [Enhanced SWAP特性介绍](kernel-standard-mm-eswap.md)
# 内核增强特性
- **[内存管理](kernel-standard-mm.md)**
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# Enhanced SWAP特性介绍
## 基本概念
ESwap(Enhanced Swap)提供了自定义新增存储分区作为内存交换分区的能力,并创建了一个常驻进程zswapd将压缩后的匿名页加密换出到ESwap存储分区,从而能完全的空出一块可用内存,以此来达到维持Memavailable水线的目标。同时,配合这个回收机制,在整个内存框架上进行改进,优化匿名页和文件页的回收效率,并且使两者的回收比例更加合理以避免过度回收导致的refault问题造成卡顿现象。
## ZRAM与ESwap配置指导
### 使能ESwap
1. 打开相关配置项及依赖
启用ESwap,需要通过编译内核时打开相应的配置项及依赖,ESwap相关CONFIG如下:
```
CONFIG_HYPERHOLD=y
CONFIG_HYPERHOLD_DEBUG=y
CONFIG_HYPERHOLD_ZSWAPD=y
CONFIG_HYPERHOLD_FILE_LRU=y
CONFIG_HYPERHOLD_MEMCG=y
CONFIG_ZRAM_GROUP=y
CONFIG_ZRAM_GROUP_DEBUG=y
CONFIG_ZLIST_DEBUG=y
CONFIG_ZRAM_GROUP_WRITEBACK=y
```
另有部分CONFIG被依赖:
```
CONFIG_MEMCG=y
CONFIG_SWAP=y
CONFIG_ZSMALLOC=y
CONFIG_ZRAM=y
```
2. 创建ESwap设备
可以使用任意block设备作为ESwap交换设备,这里创建一个文件hpdisk挂载为loop6设备:
```Bash
// 通过dd命令创建一个文件hpdisk用于ESwap换出,具体大小需根据产品及需求调整,此处设置为512MB。
dd if=/dev/random of=/data/hpdisk bs=4096 count=131072
// 将上一步创建的hpdisk与ESwap device进行绑定。
losetup /dev/block/loop6 hpdisk
```
3. 配置ESwap
将2中创建的设备绑定为ESwap换出设备:
```Bash
echo /dev/block/loop6 > /proc/sys/kernel/hyperhold/device
```
ESwap默认对换出数据使用软件加密,如果2中创建的ESwap设备支持inline加密,可以关闭ESwap的软件加密功能:
```Bash
// 需确认是否支持并开启硬加密,否则不要执行该操作。
echo 0 > /proc/sys/kernel/hyperhold/soft_crypt
```
> ![icon-caution.gif](public_sys-resources/icon-caution.gif) **注意:**
> 出于安全考虑,所有换出内容均需加密。因此若当前配置ESwap的设备不支持inline加密,或编译时未打开inline加密宏,则在关闭软加密时,ESwap无法enable。
4. 使能ESwap
使能ESwap,使能后无法更改上述配置:
```Bash
echo enable > /proc/sys/kernel/hyperhold/enable
```
> ![icon-note.gif](public_sys-resources/icon-note.gif) **说明:**
> 使能ESwap需要在使能ZRAM之前,不需要使用ESwap时, 也可以仅使能ZRAM。如部分设备不包括用于换出的存储设备,也没有新建相应的存储分区,那么可以仅使能ZRAM来通过zswapd进行内存回收。
### 使能ZRAM
1. 初始化ZRAM
```Bash
// 打开ZRAM到eswap的换入换出功能,该步骤必须要在配置ZRAM大小之前。
echo readwrite > /sys/block/zram0/group
// 配置ZRAM的大小,具体大小需根据产品及需求调整,此处设置为512MB。
echo 512M > /sys/block/zram0/disksize
```
> ![icon-note.gif](public_sys-resources/icon-note.gif) **说明:**
> /sys/block/zram0/group可接受参数及作用为:
>
> - none:表示disable;
> - readonly:表示只记录数据的cgroup信息,并不换出;
> - readwrite:表示打开ZRAM到eswap的换入换出功能。
2. 使能ZRAM
```Bash
mkswap /dev/block/zram0
swapon /dev/block/zram0
```
### 关闭ESwap与ZRAM
1. 关闭ESwap
```Bash
echo disable > /proc/sys/kernel/hyperhold/enable
echo force_disable > /proc/sys/kernel/hyperhold/enable
```
> ![icon-note.gif](public_sys-resources/icon-note.gif) **说明:**
> 两者的区别在于:
>
> - disable:表示如果ESwap中没有数据,则完全关闭,否则变为只读模式;
> - force_disable:表示如果没有数据,完全关闭,否则变为只读模式,并同步等待ESwap中数据完全读出,然后完全关闭。
2. 关闭ZRAM及ZRAM group
```Bash
echo 1 > /sys/block/zram0/reset
```
## ESwap相关接口
ESwap提供了一些接口用于控制换入换出策略以及记录当前状态,这些接口位于memcg所挂载的目录当中,如`/dev/memcg/`
| 功能分类 | 接口名 | 描述 |
| -------- | -------- | -------- |
| 控制接口 | [avail_buffers](#avail_buffers) | 设置buffer区间 |
| | [zswapd_single_memcg_param](#zswapd_single_memcg_param) | 设置当前memcg相关配置 |
| | [zswapd_wm_ratio](#zswapd_wm_ratio) | 设置zram换出水线 |
| 状态接口 | [zswapd_pressure_show](#zswapd_pressure_show) | 记录当前buffer以及refault |
| | [stat](#stat) | 检测ESwap实时情况 |
| | [zswapd_vmstat_show](#zswapd_vmstat_show) | 记录zswapd运行过程中各种事件 |
> ![icon-caution.gif](public_sys-resources/icon-caution.gif) **注意:**
> 除avail_buffers会因为调整了buffer水线而会主动去唤醒zswapd外,其余控制接口并不会主动唤醒zswapd,只是其配置需在zswapd所被唤醒后方可生效。
各接口的具体描述如下:
### avail_buffers
avail_buffers接口用于设置buffer区间[min_avail_buffers, high_avail_buffers],当检测到当前的buffer低于min_avail_buffers时则会唤醒zswapd进行匿名页回收,期望的回收量为high_avail_buffers与当前系统buffer值的差值,实际可能会因为无法回收等原因而未回收那么多内存。avail_buffers为期望的内存正常状态buffer值,free_swap_threshold则是设置交换分区空闲容量的阈值,当zswapd唤醒并进行内存回收之后,会根据当前系统情况以及两者的设置记录当前内存压力事件,如medium press,critical press等。可主动调整来触发zswapd回收,如`echo 1000 950 1050 0 > /dev/memcg/memory.avail_buffers`
默认值:
```
avail_buffers: 0
min_avail_buffers: 0
high_avail_buffers: 0
free_swap_threshold: 0
```
限制:
0<=min_avail_buffers<=avail_buffers<=high_avail_buffers
0<=free_swap_threashold
取值均为整型。
### zswapd_single_memcg_param
设置当前memcg的相关配置。score为当前memcg回收优先级,ub_mem2zram_ratio为内存压缩到ZRAM的比率,ub_zram2ufs_ratio为ZRAM换出到ESwap的比率,refault_threshold为refault的阈值,可通过调整比率来控制ZRAM压缩以及ESwap换出情况,如`echo 60 10 50 > memory.zswapd_single_memcg_param`
默认值:
```
memcg score: 300
memcg ub_mem2zram_ratio: 60
memcg ub_zram2ufs_ratio: 10
memcg refault_threshold: 50
```
限制:
0<=ub_mem2zram_ratio<=100
0<=ub_zram2ufs_ratio<=100
0<=refault_threshold<=100
取值均为整型。
### zram_wm_ratio
设置ZRAM换出水线,即当当前ZRAM中压缩的匿名页大于ZRAM总大小*zram_wm_ratio时,会开始向ESwap进行换出,但是具体换出时间为zswapd因buffer水线而唤醒之后。设置为0时系统默认为37,可进行调整,如`echo 30 > /dev/memcg/memory.zram_wm_ratio`
默认值:
```
zram_wm_ratio: 0
```
限制:
0<=zram_wm_ratio<=100
取值为整型。
### zswapd_pressure_show
记录当前zswapd所需相关状态,buffer_size为当前系统的buffer值,recent_refault为最近产生的refault次数。
### stat
在原有memcg.stat的基础上新增了Anon,File,zram,Eswap等项,用以监测ESwap的实时情况。
### zswapd_vmstat_show
记录zswapd运行过程中的各种事件。
## 触发zswapd回收
可先通过`cat /dev/memcg/memory.zswapd_pressure_show`查看当前buffer值,比如当前为1200,那么便可通过主动调整buffer区间,来主动唤醒zswapd。
```Bash
echo 1300 1250 1350 0 > /dev/memcg/memory.avail_buffers
```
## ESwap配置大小示例
ZRAM与ESwap的大小配置需根据实际使用场景以及产品硬件特点进行适配。目前在rk3568板子上使用时,其ram为2G,因此设置的ZRAM与ESwap大小均为512MB。
# 内存管理
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- **[Linux内核编译与构建指导](kernel-standard-build.md)**
- **[内核增强特性](kernel-standard-enhanced-features.md)**
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