Ubuntu 交换空间的自动扩展与扩容实践

核心结论

• Linux 内核不提供“自动伸缩”交换空间的能力，无论是 Swap 分区 还是 Swap 文件，大小在创建后是固定的，需要手动调整或通过脚本/工具按需扩容。
• 实际运维中常用的“自动扩展”做法是：准备一个较大的 Swap 文件 作为“池”，按需启用其中的一部分；或编写脚本在内存紧张时临时增大 Swap 使用量，并在负载恢复后回收。这样既获得弹性，又避免频繁改动分区表。

方案一 使用 Swap 文件按需启用实现弹性扩展

• 思路：创建一个足够大的 Swap 文件 作为备用池，默认只启用其中一部分；当监控到内存压力升高时，启用更多 Swap 或提高 swappiness，压力降低后再降低 swappiness 或关闭新增部分（可选）。
• 快速步骤（一次性准备大文件，后续按需启用/停用）：
  1. 创建大文件（示例 32G，可按需调整）： sudo fallocate -l 32G /swapfile
  2. 安全权限： sudo chmod 600 /swapfile
  3. 格式化为 Swap： sudo mkswap /swapfile
  4. 开机自动启用整个文件（默认可能不启用，由脚本按需 swapon/swapoff 控制）： echo ‘/swapfile none swap sw 0 0’ | sudo tee -a /etc/fstab
  5. 按需启用部分容量（示例先启用 8G）： sudo swapon /swapfile

     如需只“启用一部分”，可用 cgroups + memory.swap.max 限制该挂载点的使用上限（高级用法）

  6. 验证： free -h swapon --show
• 提示：Swap 文件大小固定，但“启用多少”可动态控制；若未来需要更大弹性，直接增大文件并重复 mkswap/swapon 即可。上述创建、权限、启用与 fstab 配置均为标准做法。

方案二 监控触发脚本自动扩容与回收

• 思路：用 cron 或 systemd timer 定期采样内存与 Swap 使用率，超过阈值时启用更多 Swap 或提高 swappiness，低于阈值时恢复，达到“自动扩展/收缩”的效果。
• 示例脚本（简化版，按需调整阈值与步长）

  #!/usr/bin/env bash
  set -Eeuo pipefail
  
  THRESHOLD=80          # 可用内存百分比阈值（低于此值触发扩容）
  SWAPFILE=/swapfile
  STEP=8G              # 每次调整的 Swap 大小
  SWAPPINESS_HIGH=60
  SWAPPINESS_LOW=10
  
  mem_info() {
    read -r total used free shared buff cache avail < <(free -m | awk 'NR==2{print $2,$3,$4,$5,$6,$7}')
    echo "$total $used $free $avail"
  }
  
  current_swap() {
    swapon --show=NAME,SIZE --bytes | awk 'NR>1{sum+=$2} END{print sum}'
  }
  
  adjust() {
    local avail_mb used_pct
    read -r total used free shared buff cache avail < <(mem_info)
    used_pct=$((100 - avail*100/total))
  
    local cur_swap=$(current_swap)
    local cur_swap_mb=$((cur_swap/1024/1024))
  
    if (( used_pct >= THRESHOLD && cur_swap_mb < 32768 )); then
      echo "$(date) High memory pressure ($used_pct%), enabling ${STEP} more swap"
      sudo swapon "$SWAPFILE" || true
      echo "$SWAPPINESS_HIGH" | sudo tee /proc/sys/vm/swappiness
    elif (( used_pct < THRESHOLD*0.7 && cur_swap_mb > STEP )); then
      echo "$(date) Memory pressure relieved ($used_pct%), reducing swap usage"
      echo "$SWAPPINESS_LOW" | sudo tee /proc/sys/vm/swappiness
      # 可选：若你管理了多个 swap 文件/分区，可按需 swapoff 其中一部分
      # sudo swapoff "$SWAPFILE"
    fi
  }
  
  adjust
  

• 使用要点
  • 将脚本加入 root 的 cron（如每 5 分钟）：*/5 * * * * /usr/local/bin/swap-manager.sh >> /var/log/swap-manager.log 2>&1
  • 首次请确保已按“方案一”准备好 /swapfile 并在 /etc/fstab 中配置开机启用。
  • 该方案通过“启用/停用”和 swappiness 调整实现弹性，避免频繁改分区；阈值与步长请结合磁盘空间与业务容忍度设置。

方案三 扩容现有 Swap 分区或文件到更大固定值

• 适用场景：明确需要一次性把 Swap 扩大到指定容量（非运行时自动伸缩）。
• 扩容 Swap 文件（通用、风险低）
  1. 关闭现有 Swap：sudo swapoff -a
  2. 删除旧文件：sudo rm /swapfile
  3. 创建更大的文件：sudo fallocate -l 16G /swapfile（示例 16G）
  4. 权限：sudo chmod 600 /swapfile
  5. 格式化：sudo mkswap /swapfile
  6. 启用：sudo swapon /swapfile
  7. 开机自动启用：在 /etc/fstab 添加 /swapfile none swap sw 0 0
• 扩容 Swap 分区（涉及分区表变更，谨慎）
  1. 关闭 Swap：sudo swapoff -a
  2. 用 fdisk/lsblk 确认分区设备（如 /dev/nvme0n1p2）
  3. 调整分区大小（使用分区工具，步骤略，务必备份）
  4. 重新初始化：sudo mkswap /dev/nvme0n1p2
  5. 启用：sudo swapon /dev/nvme0n1p2
  6. 更新 /etc/fstab 中的对应条目
• 说明：分区方式更“重”，但同样有效；文件方式更灵活、可随时重建与替换。

注意事项与优化建议

• 性能与寿命：Swap 会显著影响性能，频繁换页会导致 SSD 磨损；仅在必要时启用较大 Swap，或优先使用内存更大的实例。
• 文件系统支持：fallocate 在大多数现代文件系统上可用；若失败，可改用 dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1G count=N 创建文件。
• swappiness 调优：默认 60；数据库、实时计算等对延迟敏感的场景可适当降低；内存紧张且磁盘空间充足时可适度提高，以换取稳定性。
• 监控与告警：建议配合 Prometheus Node Exporter + Alertmanager 或系统监控脚本，在可用内存低、Swap 使用飙升时提前介入。