Jetson 中的 Zram 技术详解（1）

今天在折腾我的 NVIDIA Xavier NX 的边缘计算盒子的时候，发现在我执行 lsblk 命令的时候，在块设备列表下面，挂载有 zram 的设备，所以就花点时间去研究了下 zram 相关的技术，在学习的过程中，不断的对未知的知识进行探索，各个击破，融会贯通，这就是学习的过程，写教程分享，也是为了记录自己学习的过程，跟大家一起探讨；

Zram 设备

一、什么是 Zram?

带着学习的好奇心，我开始了我的 Zram 研究之旅；

在这之前，我们可能会对 swap 分区（交换分区）比较熟悉，类似 Windows 的虚拟内存，在我们的物理运行内存不足时，可以将磁盘中的一部分空间当成内存使用，将内存中暂时不用的数据存放到交换分区中；这个 swap 分区在 Jetson 刷机教程中磁盘格式化中已经设置过；

首先，Zram 是 linux 内存子系统（mm）中，内存支持的压缩三个组件之一；其他的两个分别是 zcache 和 zswap；这里就先不发散了，只介绍 Zram 相关的技术，其他的两个感兴趣的也可以自己去研究下；

Zram 是在 2014年 Linux 3.14 内核版本开始支持的，可以将 Zram 理解为内存的缓冲池，就是把物理内存的一部分空间划出来当成 Zram 块设备，然后把不常用的内存数据，通过压缩后再存放到 Zram 里，用到的时候，再把数据解压出来，通过损失一部分 CPU 的性能，换取一部分的内存空间。这里可以看到，Zram 是可以不依赖具体真实的 swap 设备，这里就是跟 swap 分区的区别，并且 Zram 是要比 swap 快，所以 Zram 更适合在嵌入式设备中使用。比如像 jetson 系列的边缘计算盒子中，当我们的内存不足时，就可以通过时间换空间的方式，不至于由于内存不足（OOM）导致程序执行崩溃；

由于 Zram 并没有改变内存运行模型的基本结构，还是只能利用 Linux 中的 Swap 的优先级能力，将 Zram 作为更高优先级 Swap 看待，由于这一运行机制，实际上 Zram 的设计可以比较灵活和简单，内存交换策略交给内存子系统处理，压缩算法交给压缩库，Zram 本身只需要实现块设备驱动的部分。【Jetson 中的 Zram 源码详解（2）中会讲解源码部分】

二、Zram 使用

2.1 Zram 环境信息

1）查看 Jetson 设备是否支持 zram，需要我们的盒子上的运行的 内核版本大于 3.14；

   uname -a

2）查看当前内核版本是否支持 Zram，这里显示系统是支持 Zram 模块；

modinfo zram

3）查看内核模块是否启动，当前 Zram 模块已经启动；

lsmod | grep zram

如果 Zram 模块没有启动，那应该怎么启动呢？

1）新增 Zram 模块的配置文件；

/etc/modules-load.d/zram.conf

在配置文件中，增加 zram 即可，重启设备，这个只是将 zram 加载到内核模块，通过 lsblk 还是不能查看到 zram 的块设备信息；

2）新增 Zram 的块设备文件；

第一种：临时生效方法：

modprobe zram num_devices=1

这种开启设备的方式在重启之后就失效了；

第二种：重启后生效方法：

在 /etc/modprobe.d 目录下新增 zram.conf；

touch /etc/modprobe.d/zram.conf

在配置文件中，增加以下配置信息：

options zram num_devices=1

这种配置方式，在重启后生效；此时通过 lsblk 依然不能查看到 Zram 的块设备信息；

3）配置 Zram 文件系统；

在 /etc/udev/rules.d/ 目录下，新增 99-zram.rules；

touch /etc/udev/rules.d/99-zram.rules

在配置文件中，新增以下配置信息：

KERNEL=="zram0",ATTR{disksize}="7G",TAG+="systemd"

KERNEL属性用于指明具体设备

ATTR属性用于给设备传递参数

TAG属性用于标记设备类型（设备由谁管理）

配置结束后，再次重启 Jetson 设备后，就可以通过 lsblk 查看到 zram0 的块设备信息了；到此时，只是配置了 zram 的块设备，还需要将 zram 配置成 swap；

4）配置 Zram 为 swap；

mkswap /dev/zram0
swapon /dev/zram0

设置成功之后，这里还需要设置成开启自启动，和 zram 块设备一样，这里还是通过 systemd 来进行管理；

在 /etc/systemd/system/ 目录下，新增 zram.service；

touch /etc/systemd/system/zram.service

在文件中新增：

[Unit]
Description=ZRAM
BindsTo=dev-zram0.device
After=dev-zram0.device

[Service]
Type=oneshot
RemainAfterExit=true
ExecStartPre=/sbin/mkswap /dev/zram0
ExecStart=/sbin/swapon -p 2 /dev/zram0
ExecStop=/sbin/swapoff /dev/zram0

[Install]
WantedBy=multi-user.target

重载配置文件；

systemctl daemon-reload
systemctl enable zram --now

查看 swap 状态；

swapon -s

2.2 Zram 监控

1）启用 Zram 之后，查看 Zram 实际运行效果；

cat /sys/block/zram0/mm_stat

orig_data_size：压缩前大小 4096 Byte
compr_data_size：压缩后大小 74 Byte
mem_used_total：总内存消耗 12288 Byte
mem_limit：最大内存消耗限制 0 页
mem_used_max：历史最高内存用量 0 页
same_pages：相同可被压缩内存页 0 页
pages_compacted：历史从 Ram 压缩到 Zram 的页 0 页
huge_pages：无法被压缩的页 0 页

2）zramctl 工具查看

zramctl | grap zram0

zramctl --output-all | grep zram0