Redis swap空间(虚拟内存)的使用详解

当Redis的使用达到一定程度时，内存的使用可能会超出物理内存的限制。此时Redis会使用swap空间（虚拟内存）来存储数据，进而保证数据的持久性和可靠性。本文将详细讲解Redis swap空间的使用方式。

swap配置

为了开启Redis的swap空间，需要在Redis的配置文件redis.conf中加入以下配置：

# 启用swap配置
vm-enabled yes

# 单个Redis实例占用最大swap空间
vm-swap-file-size <size>

其中vm-enabled默认为no，需要手动设置为yes来启用swap支持。vm-swap-file-size表示单个Redis实例占用的最大swap空间，单位为字节。例如设置为vm-swap-file-size 1GB，则表示Redis实例最多占用1GB的swap空间。

swap工作原理

当Redis内存使用量达到指定阈值（vm-max-memory）时，Redis会把一些值交换到swap空间中，以释放物理内存。

Redis采用了一种基于LRU算法的交换策略。当Redis需要交换值到swap空间时，会选择最近最少使用的值（Least Recently Used）进行交换。这意味着，访问频率较低的值会被交换到swap空间，而访问频率较高的值则会被保留在物理内存中。

swap示例说明

以下是两个示例：一个是启用swap后Redis的内存使用情况；另一个是关闭swap后Redis的内存使用情况。这两个示例旨在说明Redis swap空间的作用和必要性。

示例1：启用swap后Redis的内存使用情况

假设我们有一台Redis服务器，物理内存为2GB，redis.conf中的关键配置如下：

maxmemory 1GB
vm-enabled yes
vm-swap-file-size 1GB

表示：Redis最大使用1GB物理内存，启用swap支持，最多可以使用1GB的swap空间。

在启用swap的情况下，我们执行如下命令：

for i in range(10000000):
    key = "key_{}".format(i)
    value = "value_{}".format(i)
    r.set(key, value)

这个命令会生成1千万个键值对，并把它们全部存入Redis中。存储完毕后，我们可以使用info命令查看Redis的内存使用情况：

redis-cli info memory

输出结果如下：

used_memory:654471952
used_memory_human:623.79M
used_memory_rss:1839763968
used_memory_peak:654473840
used_memory_peak_human:623.79M
used_memory_lua:49152
mem_fragmentation_ratio:2.81

可以看到：

• used_memory表示Redis实际使用的物理内存，约为624MB；
• used_memory_rss表示Redis物理内存占用的大小，约为1.71GB；
• used_memory_peak表示Redis实际使用的内存峰值，约为624MB；
• mem_fragmentation_ratio表示Redis体内碎片率，约为2.81。

用free -m命令查看Linux系统内存使用情况，输出结果如下：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1993        1821          56           3         114          61
Swap:          1023           0        1023

可以看到：

• 总物理内存为2GB；
• Redis使用了约624MB物理内存；
• 系统还剩下56MB物理内存；
• swap空间还没有被使用。

由上述结果可见，启用swap支持后，Redis使用了与物理内存相当的内存量，且swap空间没有被使用。这说明Redis使用swap空间的背景下，不影响Redis的性能和可用性。

示例2：关闭swap后Redis的内存使用情况

接下来我们关闭swap支持，并执行同样的命令：

maxmemory 1GB
vm-enabled no

表示：Redis最大使用1GB物理内存，不启用swap支持。

执行相同的命令并使用info查看内存使用情况，输出结果如下：

used_memory:1000055008
used_memory_human:953.67M
used_memory_rss:1007807488
used_memory_peak:1000056888
used_memory_peak_human:953.67M
used_memory_lua:49152
mem_fragmentation_ratio:1.00

可以看到：

• used_memory表示Redis实际使用的物理内存，约为954MB；
• used_memory_rss表示Redis物理内存占用的大小，约为961MB；
• used_memory_peak表示Redis实际使用的内存峰值，约为954MB；
• mem_fragmentation_ratio表示Redis体内碎片率，约为1.00。

用free -m命令查看Linux系统内存使用情况，输出结果如下：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1993        1825          51           3         116          57
Swap:             0           0           0

可以看到：

• 总物理内存为2GB；
• Redis使用了约954MB物理内存；
• 系统还剩下51MB物理内存；
• swap空间没有被使用（因为没有启用swap支持）。

由上述结果可见，Redis使用了几乎全部的物理内存，碎片率极高，且没有swap空间可用。这样的情况极易导致系统出现问题，甚至导致宕机。