Half your RAM in a few lines of config: fixing a freezing machine with zram

我这台机器 32G 内存、i7-10700，CPU 大多数时候闲着，但内存一吃紧就卡死。只用几行配置，我把内存的一半划给 zram 当压缩 swap，把用不上的 CPU 换成更耐用的内存。配置时在 Ubuntu 22.04 上踩了一个坑：照网上的新语法写，zram 只给了我 4G。这篇记录从问题、原理、配置到踩坑修复的完整过程。

一、我的问题

我的机器是 Ubuntu 22.04.5、内核 6.8，31 GiB 内存（标称 32G），CPU 是 i7-10700，16 个线程。平时开着浏览器、编辑器和几个容器，内存一冲高就卡死，鼠标都拖不动，要等十几秒才缓过来。但同一时间 CPU 基本是闲的。

先看了内存和 swap：

$ free -h
               total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            31Gi       8.6Gi        11Gi       909Mi        10Gi        21Gi
Swap:          2.0Gi          0B       2.0Gi

$ swapon --show
NAME      TYPE SIZE USED PRIO
/swapfile file   2G   0B   -2

只有一个 2 G 的磁盘 swapfile 在兜底。内存一紧，内核就往这块慢盘上倒页，一旦开始来回换页（thrashing），整机就卡住。swappiness 是默认的 60，没有 zram，zswap 也没开。

思路很直接：内存不够、CPU 有余，那就用 CPU 换内存——上 zram。

二、zram 是什么，为什么能换

zram 在内存里建一块块设备，写进去的数据先用压缩算法压一遍再存。把它当 swap 用，内核换出的页就被压缩后留在内存里，而不是写到磁盘。匿名页（进程的堆栈、数据这类没有文件后备的内存）通常能压到原大小的三分之一左右，于是同样的物理内存能装下更多内容。代价是每次换出、换入都要花 CPU 做压缩和解压，而这正是我富余的资源。

zram 换出/换入数据通路 — 图 1. zram 作为 swap 时一页内存换出/换入的数据通路，全程在内存内完成。

几个要点：

zsmalloc：内核里专门的分配器，把大小不一的压缩块紧凑地打包进内存页，减少碎片，让压缩省下的空间真正变成可用容量。
压缩算法：可选 lz4（快、压缩比一般）、zstd（压缩比高、稍慢）等，我用 zstd。
disksize 是逻辑容量：声明 16 G 不代表占 16 G 物理内存，实际占用只跟当前压缩后的数据量成正比。
same-filled page：整页全是同一字节（最常见是全 0）的页，只记一个标记，几乎不占内存。

三、动手配置，以及我踩的坑

我用 systemd 的 zram-generator：配置驱动，开机自动重建，最省事。

第 1 步，安装。

sudo apt update && sudo apt install -y systemd-zram-generator

第 2 步，写配置。 我照搜到的教程写了下面这版——后面会看到，这版是错的：

# /etc/systemd/zram-generator.conf （错误示范）
[zram0]
zram-size = ram / 2
compression-algorithm = zstd
swap-priority = 100

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start systemd-zram-setup@zram0.service

第 3 步，一看结果，不对：

$ zramctl
NAME       ALGORITHM DISKSIZE DATA COMPR TOTAL STREAMS MOUNTPOINT
/dev/zram0 zstd            4G   4K   64B   20K      16 [SWAP]

31 G 的一半应该是约 15.5 G，怎么只给了 4 G？而且 zstd 和优先级都对——说明配置文件确实被读了，单单尺寸不对。

先确认配置没写错，文件就是 zram-size = ram / 2，没问题。于是去翻日志：

$ sudo journalctl -b | grep -i 'unknown key'
zram-generator[...]: Unknown key zram-size, ignoring.

原因出来了：它根本不认识 zram-size 这个键，直接忽略了。再看版本和手册：

$ /lib/systemd/system-generators/zram-generator --version
zram-generator 0.3.2

$ man 5 zram-generator.conf | grep -oE 'zram-fraction|max-zram-size|zram-size' | sort -u
max-zram-size
zram-fraction

手册里只有 zram-fraction 和 max-zram-size，没有 zram-size。zram-size（ram / 2 这种表达式语法）是 zram-generator 较新版本（1.x）才有的写法；Ubuntu 22.04 装的是 0.3.2，只认老键。zram-size 被忽略后，它退回到默认值——zram-fraction 默认 0.5、max-zram-size 默认 4096（MB），于是 min(0.5 × 31G, 4G) = 4G。这就是那 4 G 的来历。

坑就坑在它静默退回默认、只在日志里留一行 Unknown key：照抄新版教程、又不去翻 journal 的人，很容易就拿着一块 4 G 的 zram 以为配好了。

第 4 步，改用这版认识的键：

# /etc/systemd/zram-generator.conf （正确）
[zram0]
zram-fraction = 0.5
max-zram-size = 16384
compression-algorithm = zstd
swap-priority = 100

zram-fraction = 0.5 把逻辑容量设成内存的一半；max-zram-size = 16384（16 G）把默认 4 G 的上限抬上去，否则又会被砍回 4 G。重启服务：

sudo systemctl restart systemd-zram-setup@zram0.service

$ zramctl
NAME       ALGORITHM DISKSIZE DATA COMPR TOTAL STREAMS MOUNTPOINT
/dev/zram0 zstd         15.5G   4K   64B   20K      16 [SWAP]

$ swapon --show
NAME       TYPE       SIZE USED PRIO
/swapfile  file         2G   0B   -2
/dev/zram0 partition 15.5G   0B  100

这次对了：15.5 G、zstd、优先级 100，排在磁盘 swapfile（-2）前面。内核会先用 zram，用满了才轮到磁盘。

第 5 步，提高 swappiness。 zram 换页很便宜，我把 swappiness 调高，让内核更早把冷页压进 zram，而不是死撑物理内存直到颠簸：

echo 'vm.swappiness = 150' | sudo tee /etc/sysctl.d/99-zram.conf
sudo sysctl --system

四、开机自启与持久化

不用额外做什么。zram-generator 是 systemd 生成器，每次开机会按 /etc/systemd/zram-generator.conf 自动重建 zram swap；swappiness 写在 /etc/sysctl.d/99-zram.conf 里也是持久的。重启后 zramctl 直接能看到那块 15.5 G 的 zram0。

五、它平时占内存吗？什么时候才被用到

配完我有个疑问：开了 15.5 G 的 zram，是不是平时就吃掉了我一大块内存？答案是不会。先看一眼平时空闲时的状态：

空闲时的内存与 swap — 图 3. 内存富裕时（占用 37%）swap 用量为 0——zram 已就位但还没被用到，此刻几乎不占物理内存。图中 Swap 总量 18.8 G = zram 15.5 GiB + 磁盘 swapfile 2 G。

两个要点：

zram 不预占内存。disksize 那 15.5 G 是逻辑容量，zram 实际占用的物理内存只跟当前压进去的数据成正比。图里 swap 用量是 0，所以 zram 此刻几乎不吃物理内存——我配出 18.8 G 的 swap 池，并没有让可用内存少一点。
它按内存压力随用随取，不是等"满了"才用。内核按压力渐进回收：内存越紧，越会把很久没碰的冷页压进 zram，腾出物理内存给活跃数据。这个过程在远没到 OOM 之前就开始，所以 zram 是个提前介入的缓冲，而不是最后一刻的救命稻草。swappiness = 150 让它在有压力时更倾向于把冷页换进便宜的 zram，而不是死扛物理内存。判断系统有没有压力，最直接就是看 swap 用量：像图里这样接近 0，就说明很宽裕。

要亲眼看它工作，等内存压上去（比如 Memory 涨到 80% 以上）再看这几项：

zramctl                       # DATA(原始) 会从 0 涨起来，TOTAL 是它实占的物理内存
cat /sys/block/zram0/mm_stat  # 更细：orig_data_size compr_data_size mem_used_total ...
swapon --show                 # /dev/zram0 的 USED 会 > 0

zramctl 的三列是关键：DATA 是写入的原始数据量，COMPR 是压缩后大小，TOTAL 是含分配器开销的实际内存占用，DATA / TOTAL 就是实际压缩比。还有个常见误读：配了 zram 后，监控里 swap 用量会变活跃，这是正常的——这些"swap"并没有离开内存；判断它是否真起作用，看压缩比，而不是 swap 用量数字。

六、zram 和 zswap 的区别

顺带说一下另一个容易混淆的东西 zswap。两者都用压缩省内存，但结构不同。

zram 与 zswap 的结构对比 — 图 2. zram 自成终点，压缩数据常驻内存；zswap 是磁盘 swap 前的压缩缓存，池满后向磁盘回写。

zram 是一块独立的内存盘，不需要后备磁盘，压缩数据一直在内存里，填满且没有别的 swap 兜底时只能触发 OOM。zswap 是磁盘 swap 前面的一道压缩缓存，必须配合磁盘 swap：页先压进内存池，池满时按冷热把最旧的页解压、写回磁盘。

维度	zram	zswap
是否需要后备磁盘	不需要	需要真实 swap 分区
压缩数据存放	常驻内存	内存池，满了写回磁盘
池满之后	触发 OOM	向磁盘回写溢出
适用	swap 需求小且稳定	swap 需求大或不可预测

我的场景是想要一块快的、自给自足的内存 swap，所以选 zram。

七、适用、注意，和实际效果

适合用 zram 的情况就是我这种：物理内存紧、CPU 有余量。

几点注意：

不可压缩数据会白耗 CPU。已压缩的媒体、加密数据、随机数据压不动，压缩比接近 1。这类负载可以配 writeback 把它们写回磁盘。
zram 只能推迟 OOM，不能消除 OOM。我保留了默认开着的 systemd-oomd，让它在内存真耗尽前杀掉失控进程，避免硬锁死。
CPU 满载时会抢算力。zram 的前提是"内存紧、CPU 闲"。我的 CPU 大多数时候闲着，不亏。

实际效果，实话说：zram 不是真的加内存，而是让现有内存靠压缩多装一些、并把 swap 变快。配完之后，内存冲高时不再卡死成那样——以前是往 2 G 磁盘 swap 上颠簸，现在是压进 zram、微秒级就能取回。effective 容量大概多出 8–12 G 量级。但如果工作负载常驻就要超过 32 G，唯一的真解还是加内存条；zram 是缓冲，不是无中生有。