为Linux服务器开启ZRAM来节约内存

Kaku Lv4
  2025-08-13 21:52:58 2025-08-13 21:52:58 创建   2025-08-13 22:03:07 2025-08-13 22:03:07 更新   

前言

最近在折腾几台小内存的VPS，发现内存经常不够用，交换分区又会拖慢系统性能。偶然发现了ZRAM这个好东西，可以在内存中创建压缩的交换空间，既能缓解内存压力，又不会有传统swap的IO瓶颈。今天就来分享一下如何在Linux服务器上配置ZRAM。

什么是ZRAM

ZRAM（压缩RAM）是Linux内核的一个模块，它可以在内存中创建压缩的块设备。简单来说，就是把一部分内存拿出来做压缩存储，当系统内存不足时，可以将不常用的数据压缩后存储在ZRAM中，而不是写入硬盘的swap分区。

ZRAM的优势

  • 性能好：比传统硬盘swap快得多，因为都在内存中
  • 节省内存：通过压缩可以获得2-3倍的有效内存空间
  • 减少磨损：减少对SSD的写入，延长硬盘寿命
  • 低延迟：访问速度远超传统swap

ZRAM的工作原理

ZRAM的原理是划分一块内存区域作为虚拟的块设备（支持透明压缩的内存文件系统），当系统内存不足出现页面交换时，将原本应该交换到硬盘的页面压缩后存放在内存中。

核心机制：

  1. 利用Swap优先级：ZRAM作为高优先级Swap设备
  2. 透明压缩：自动压缩和解压缩数据
  3. 内存分层：形成 RAM -> ZRAM -> 硬盘Swap 的多层存储
  4. 压缩算法选择：支持lzo、lz4、zstd等多种压缩算法

由于ZRAM没有改变Linux内存模型的基本结构，因此可以与现有的Swap机制完美集成，这也是为什么它能在Android等内存受限的环境中得到广泛应用。

检查系统支持

首先检查你的系统是否支持ZRAM：

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# 检查内核版本（ZRAM需要3.14+）
uname -r

# 使用modinfo检查ZRAM模块支持（推荐方法）
modinfo zram

# 检查内核配置
grep CONFIG_ZRAM /boot/config-$(uname -r)

# 检查内核模块
lsmod | grep zram

# 如果没有输出，尝试加载模块
sudo modprobe zram

# 检查是否加载成功
lsmod | grep zram

注意事项：

  • ZRAM从Linux 3.14开始正式进入主线内核
  • 部分VPS使用Xen、OpenVZ等虚拟化技术，内核版本可能较老
  • 使用modinfo zram是最可靠的检查方法
  • CentOS 7虽然内核版本是3.10，但也支持ZRAM

大部分现代Linux发行版都内置了ZRAM支持，如果上面的命令有输出就说明系统支持。

手动配置ZRAM

基本配置步骤

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# 1. 加载zram模块
sudo modprobe zram

# 2. 创建zram设备（这里创建一个设备）
echo 1 | sudo tee /sys/class/zram-control/hot_add

# 3. 设置压缩算法（可选，默认是lzo）
echo lz4 | sudo tee /sys/block/zram0/comp_algorithm

# 4. 设置ZRAM大小（这里设置为1GB）
echo 1G | sudo tee /sys/block/zram0/disksize

# 5. 格式化为swap
sudo mkswap /dev/zram0

# 6. 启用swap
sudo swapon /dev/zram0

# 7. 设置优先级（可选，数值越高优先级越高）
sudo swapon /dev/zram0 -p 100

查看ZRAM状态

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# 查看swap状态
cat /proc/swaps

# 查看ZRAM详细信息
cat /sys/block/zram0/stat

# 查看压缩统计
cat /sys/block/zram0/mm_stat

一键脚本安装

如果觉得手动配置比较麻烦，可以使用GitHub上的一键脚本来快速部署ZRAM。这里推荐使用spiritLHLS大佬开源的addzram脚本：

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curl -L https://raw.githubusercontent.com/spiritLHLS/addzram/main/addzram.sh -o addzram.sh && chmod +x addzram.sh && bash addzram.sh

这个脚本会自动：

  • 检测系统环境和内核支持
  • 自动配置合适的ZRAM大小
  • 设置开机自启动
  • 选择最优的压缩算法

脚本执行后会提示配置结果，非常方便快捷。感谢 spiritLHLS 提供的优秀脚本！

对于新手或者想要快速部署的用户，强烈推荐使用这个一键脚本。如果你想要更精细的控制或者学习具体的配置过程，可以继续看下面的手动配置方法。

自动化配置

如果选择手动配置，重启后会失效，我们需要设置开机自动启用。

方法一：使用systemd服务

创建一个systemd服务文件：

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sudo nano /etc/systemd/system/zram.service

写入以下内容：

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[Unit]
Description=ZRAM swap service
After=multi-user.target

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/local/bin/zram-start.sh
ExecStop=/usr/local/bin/zram-stop.sh
RemainAfterExit=yes

[Install]
WantedBy=multi-user.target

创建启动脚本：

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sudo nano /usr/local/bin/zram-start.sh
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#!/bin/bash
# ZRAM 启动脚本

# 加载模块
modprobe zram

# 创建设备
echo 1 > /sys/class/zram-control/hot_add

# 设置压缩算法
echo lz4 > /sys/block/zram0/comp_algorithm

# 设置大小（这里设置为物理内存的一半）
MEMORY_SIZE=$(free -b | awk '/^Mem:/ {print $2}')
ZRAM_SIZE=$((MEMORY_SIZE / 2))
echo $ZRAM_SIZE > /sys/block/zram0/disksize

# 格式化并启用
mkswap /dev/zram0
swapon /dev/zram0 -p 100

echo "ZRAM swap enabled"

创建停止脚本：

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sudo nano /usr/local/bin/zram-stop.sh
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#!/bin/bash
# ZRAM 停止脚本

# 关闭swap
swapoff /dev/zram0

# 删除设备
echo 0 > /sys/class/zram-control/hot_remove

echo "ZRAM swap disabled"

设置脚本权限并启用服务：

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sudo chmod +x /usr/local/bin/zram-start.sh
sudo chmod +x /usr/local/bin/zram-stop.sh

# 启用服务
sudo systemctl enable zram.service
sudo systemctl start zram.service

# 检查状态
sudo systemctl status zram.service

方法二：使用zram-tools包

对于Ubuntu/Debian系统，可以直接使用官方包：

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# 安装zram-tools
sudo apt update
sudo apt install zram-tools

# 编辑配置文件
sudo nano /etc/default/zramswap

配置文件内容：

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# 启用ZRAM
ZRAM_ENABLED=true

# 设置大小（50表示物理内存的50%）
ZRAM_SIZE_PERCENT=50

# 设置压缩算法
ZRAM_ALGORITHM=lz4

启用服务：

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sudo systemctl enable zramswap
sudo systemctl start zramswap

优化配置

选择合适的压缩算法

不同的压缩算法有不同的特点：

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# 查看支持的压缩算法
cat /sys/block/zram0/comp_algorithm

# 常见算法对比：
# lzo: 速度快，压缩率一般
# lz4: 速度很快，压缩率中等（推荐）
# zstd: 压缩率高，速度中等
# lzo-rle: LZO的改进版本

个人推荐使用lz4，在速度和压缩率之间取得了很好的平衡。

设置合适的大小

ZRAM大小建议：

  • 小内存系统（1-2GB）：设置为物理内存的50-100%
  • 中等内存系统（4-8GB）：设置为物理内存的25-50%
  • 大内存系统（16GB+）：设置为固定大小如2-4GB

调整swappiness

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# 查看当前值
cat /proc/sys/vm/swappiness

# 临时设置（建议设置为60-80）
sudo sysctl vm.swappiness=80

# 永久设置
echo 'vm.swappiness=80' | sudo tee -a /etc/sysctl.conf

关于swappiness的重要说明：

很多人对swappiness参数存在误解，认为它是一个简单的百分比。实际上，swappiness控制的是内核在内存回收时选择回收匿名页（需要swap）还是文件页（直接丢弃或写回）的倾向性。

  • 默认值60：倾向于优先回收文件页
  • 设置为100：平等对待匿名页和文件页
  • 大于100：更倾向于回收匿名页（使用swap）

对于ZRAM环境，由于ZRAM的访问速度远快于硬盘swap（约30倍差距 vs 传统swap的300+倍差距），我们可以更激进地使用swap，建议设置为80-100之间。

什么时候ZRAM才会被使用？

ZRAM只有在系统内存压力达到一定程度时才会被使用。Linux使用内存水位线（Watermark）机制：

  • 高水位线：内存充足，无需回收
  • 低水位线：开始内存回收，kswapd0线程激活
  • 最小水位线：内存严重不足，开始同步回收

只有当可用内存低于低水位线时，系统才会根据swappiness设置决定是否使用ZRAM。

监控和维护

查看ZRAM状态

使用zramctl工具（推荐）：

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# 安装util-linux（如果没有zramctl命令）
# Ubuntu/Debian
sudo apt install util-linux

# CentOS/RHEL
sudo yum install util-linux

# 查看ZRAM状态
zramctl

# 查看详细信息
zramctl --output-all

直接查看系统文件：

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# 查看基本统计信息
cat /sys/block/zram0/mm_stat

# 输出说明：
# orig_data_size - 压缩前大小 (Byte)
# compr_data_size - 压缩后大小 (Byte)  
# mem_used_total - 总内存消耗，包含元数据 (Byte)
# mem_limit - 内存消耗限制 (Byte)
# mem_used_max - 历史最高内存用量 (Byte)
# same_pages - 相同页数
# pages_compacted - 历史压缩页数
# huge_pages - 无法压缩的页数

# 查看压缩算法
cat /sys/block/zram0/comp_algorithm

# 计算压缩率
# 压缩率 = 压缩前大小 / 压缩后大小

监控ZRAM使用情况

创建一个简单的监控脚本：

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sudo nano /usr/local/bin/zram-monitor.sh
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#!/bin/bash
echo "=== ZRAM 状态监控 ==="
echo "时间: $(date)"
echo

echo "内存使用情况:"
free -h
echo

echo "Swap使用情况:"
cat /proc/swaps
echo

echo "ZRAM详细信息:"
if command -v zramctl &> /dev/null; then
    zramctl
else
    for i in /sys/block/zram*/mm_stat; do
        if [ -r "$i" ]; then
            dev=$(basename $(dirname $i))
            echo "设备: $dev"
            # 读取mm_stat文件的各项数据
            read orig_size compr_size mem_used mem_limit mem_max same_pages pages_compacted huge_pages < "$i"
            echo "  压缩前大小: $(numfmt --to=iec $orig_size)"
            echo "  压缩后大小: $(numfmt --to=iec $compr_size)"
            if [ "$orig_size" -gt 0 ]; then
                compression_ratio=$(echo "scale=2; $orig_size / $compr_size" | bc -l)
                echo "  压缩比: ${compression_ratio}:1"
            fi
            echo "  内存使用: $(numfmt --to=iec $mem_used)"
            echo
        fi
    done
fi

echo "内存水位线信息:"
if [ -r /proc/zoneinfo ]; then
    awk '/Node 0, zone.*Normal/,/^$/ {
        if ($1 == "pages") print "  " $1 " " $2 ": " $3 " pages"
        else if ($1 ~ /^(min|low|high)$/) print "  " $1 " watermark: " $2 " pages"
    }' /proc/zoneinfo
fi
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sudo chmod +x /usr/local/bin/zram-monitor.sh

# 运行监控
sudo /usr/local/bin/zram-monitor.sh

高级优化配置

压缩算法选择

不同压缩算法的特点对比：

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# 查看支持的压缩算法
cat /sys/block/zram0/comp_algorithm

# 常见算法特点：
# lzo: 速度快，压缩率一般，CPU占用低
# lz4: 速度很快，压缩率中等，平衡性好（推荐）
# lz4hc: 压缩率高于lz4，速度稍慢
# zstd: 压缩率高，速度中等，CPU占用较高
# lzo-rle: LZO的改进版本，对重复数据效果好

建议选择策略：

  • 内存紧张环境：选择zstd获得最高压缩率
  • 性能敏感环境：选择lz4获得最佳速度
  • 平衡需求：选择lz4hc（综合推荐）

双层Swap配置

为了避免ZRAM耗尽导致OOM，建议配置双层Swap：

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# 查看当前swap优先级
cat /proc/swaps

# 设置ZRAM高优先级，传统swap低优先级
# 在fstab中添加pri=1参数
sudo nano /etc/fstab

# 示例：
/swapfile none swap sw,pri=1 0 0

# 重新挂载
sudo swapoff /swapfile
sudo swapon /swapfile

# 验证优先级设置
cat /proc/swaps

内存碎片整理优化

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# 配置内存碎片整理参数
sudo nano /etc/sysctl.conf

# 添加以下内容：
# 降低碎片整理阈值，更积极地整理内存
vm.extfrag_threshold=100

# 配置页面聚簇参数（ZRAM环境建议设为0）
vm.page_cluster=0

# 内存回收积极性（可选，谨慎使用）
vm.vfs_cache_pressure=50

# 应用配置
sudo sysctl -p

性能调优参数

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# 在/etc/sysctl.conf中添加ZRAM优化参数

# 基础优化
vm.swappiness=80
vm.page_cluster=0

# 高级优化（根据实际情况调整）
vm.extfrag_threshold=100
vm.vfs_cache_pressure=50

# 脏页回写优化
vm.dirty_background_ratio=5
vm.dirty_ratio=10

# 应用所有配置
sudo sysctl -p

常见问题与性能分析

1. ZRAM设备创建失败

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# 检查内核是否支持
grep CONFIG_ZRAM /boot/config-$(uname -r)

# 检查模块是否正确加载
lsmod | grep zram

# 手动加载模块
sudo modprobe zram num_devices=1

# 检查内核日志
dmesg | grep zram

2. ZRAM不被使用的问题

最常见原因：内存压力不够

ZRAM只有在系统内存压力达到一定程度时才会被使用。可以通过以下方式验证：

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# 查看内存水位线
cat /proc/zoneinfo | grep -A 10 "Node 0, zone.*Normal"

# 人为制造内存压力进行测试
stress --vm 1 --vm-bytes 512M --timeout 60s

# 观察ZRAM使用情况
watch -n 1 'cat /proc/swaps && echo && free -h'

3. 压缩率不理想

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# 查看当前压缩率
zramctl

# 分析数据类型：
# - 文本数据：压缩率通常5-10倍
# - 图片视频：压缩率较低，1.2-2倍
# - 程序代码：压缩率中等，3-5倍
# - 随机数据：几乎无法压缩

# 尝试不同压缩算法
echo zstd > /sys/block/zram0/comp_algorithm  # 重启后生效

4. 系统性能下降

可能原因分析：

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# 检查CPU使用率（压缩解压消耗CPU）
top -p $(pgrep kswapd)

# 检查ZRAM设置是否过大
# 建议：ZRAM大小 ≤ 物理内存的50%

# 检查swappiness设置是否过激进
cat /proc/sys/vm/swappiness

# 检查内存碎片情况
cat /proc/buddyinfo

性能基准对比

根据实际测试，不同存储层级的性能对比：

存储类型平均延迟相对倍数
直接内存访问~100ns1×
ZRAM (lz4)~3000ns30×
SSD Swap~50ms500,000×
机械硬盘 Swap~10ms100,000×

从表格可以看出，ZRAM虽然比直接内存访问慢30倍，但比传统swap快数千倍，这就是ZRAM能够有效改善系统性能的原因。

总结与最佳实践

ZRAM是一个非常实用的技术，特别适合内存受限的服务器环境。通过合理配置，可以有效提升系统的内存利用率，改善整体性能。

核心要点回顾

  1. 适用场景：内存不足但有一定压缩空间的环境
  2. 性能特点：比直接内存慢30倍，但比硬盘swap快数千倍
  3. 配置原则：ZRAM大小不超过物理内存的50%
  4. 算法选择：lz4平衡性最好，zstd压缩率最高

最佳实践建议

配置方面：

  • 使用一键脚本快速部署，手动配置深度定制
  • 设置合理的swappiness值（80-100）
  • 配置双层swap作为兜底机制
  • 选择适合工作负载的压缩算法

监控方面：

  • 定期检查压缩率和使用情况
  • 监控系统内存水位线变化
  • 关注CPU使用率变化

注意事项：

  • ZRAM并不能完全替代传统swap
  • 不同工作负载效果差异很大
  • 配置过大可能适得其反
  • 建议先在测试环境验证

现代操作系统对比

值得一提的是，内存压缩已经成为现代操作系统的标配：

  • macOS：从OS X 10.9开始默认开启
  • Windows：从Win10 TH2开始默认开启
  • Android：广泛使用ZRAM技术
  • Linux：需要手动配置，但支持最灵活

Linux的ZRAM虽然需要手动配置，但提供了最强的可定制性和透明度，这也是它在服务器环境中的优势所在。

希望这篇文章能帮到同样在为服务器内存发愁的朋友们！如果你有任何使用经验或改进建议，欢迎交流分享。

参考资料

  • 标题: 为Linux服务器开启ZRAM来节约内存
  • 作者: Kaku
  • 创建于 : 2025-08-13 21:52:58
  • 更新于 : 2025-08-13 22:03:07
  • 链接: https://www.kakunet.top/2025/08/13/为Linux服务器开启ZRAM来节约内存/
  • 版权声明: 本文章采用 CC BY-NC-SA 4.0 进行许可。
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目录
为Linux服务器开启ZRAM来节约内存
  1. 前言
  2. 什么是ZRAM
    1. ZRAM的优势
    2. ZRAM的工作原理
  3. 检查系统支持
  4. 手动配置ZRAM
    1. 基本配置步骤
    2. 查看ZRAM状态
  5. 一键脚本安装
  6. 自动化配置
    1. 方法一：使用systemd服务
    2. 方法二：使用zram-tools包
  7. 优化配置
    1. 选择合适的压缩算法
    2. 设置合适的大小
    3. 调整swappiness
  8. 监控和维护
    1. 查看ZRAM状态
    2. 监控ZRAM使用情况
  9. 高级优化配置
    1. 压缩算法选择
    2. 双层Swap配置
    3. 内存碎片整理优化
    4. 性能调优参数
  10. 常见问题与性能分析
    1. 1. ZRAM设备创建失败
    2. 2. ZRAM不被使用的问题
    3. 3. 压缩率不理想
    4. 4. 系统性能下降
    5. 性能基准对比
  11. 总结与最佳实践
    1. 核心要点回顾
    2. 最佳实践建议
    3. 现代操作系统对比
  12. 参考资料