在當今數(shù)字化時代，電子設備已成為我們生活中不可或缺的一部分。無論是手機、電腦還是平板，它們?yōu)槲覀兊墓ぷ?、學習和娛樂提供了極大的便利。然而，一個讓眾多用戶頭疼不已的問題卻如影隨形 —— 內(nèi)存不足。

想象一下這樣的場景：你正在手機上一邊與同事激烈地討論工作方案，一邊查閱重要資料，還時不時地切換到社交軟件回復朋友的消息。突然，手機屏幕一滯，操作變得遲緩起來，每點擊一次都要等待許久才有反應，甚至有些應用還會直接閃退。這種情況是不是讓你心急如焚，工作效率大打折扣？又或者，當你在電腦上滿心歡喜地打開一款期待已久的大型游戲，準備盡情享受沉浸式的娛樂時光時，電腦卻像是老牛拉破車一般，運行得極為吃力，畫面卡頓，聲音也斷斷續(xù)續(xù)，原本的快樂瞬間化為烏有。

這些令人沮喪的狀況，歸根結(jié)底都是內(nèi)存不足在作祟。隨著我們對電子設備依賴程度的加深，日常使用中所運行的應用程序數(shù)量越來越多，對內(nèi)存的需求也水漲船高。當內(nèi)存無法滿足這些程序同時運行的需求時，設備就會陷入卡頓甚至死機的困境，嚴重影響我們的使用體驗。為了解決這一難題，技術人員們不斷探索創(chuàng)新，而 ZRAM 技術便是其中的一項重要突破 。

一、ZRAM技術簡介

1.1概述

內(nèi)存是計算機系統(tǒng)最重要的資源之一，當操作系統(tǒng)內(nèi)存不足時，進程申請內(nèi)存將會失敗，從而導致其運行異?；蛘弑罎?。zram swap 主要原理就是從內(nèi)存分配一塊區(qū)域出來用作 swap 分區(qū)，每次如果內(nèi)存空間不夠了，不是把應用程序殺掉，而是把應用程序所占用的內(nèi)存數(shù)據(jù)復制到 swap 分區(qū)，等切換回來的時候就可以直接把這部分數(shù)據(jù)恢復到內(nèi)存當中，節(jié)省重新開啟所需的時間。

而被放到 swap 分區(qū)的應用程序，所占用的內(nèi)存都是被壓縮過的，比如，微信在普通內(nèi)存中占用 50 MB 的空間，如果壓縮率為 0.4，則放到 swap 分區(qū)里面的數(shù)據(jù)只需要 20 MB 的空間，這樣 swap 分區(qū)里面就可以存放更多后臺臨時不用的應用程序，變相擴展了內(nèi)存的大小。

通過 swap 機制，系統(tǒng)可以將內(nèi)存分配給需求更迫切的進程。但由于 swap 機制需要進行 I/O 操作，所以一定程度上會影響系統(tǒng)性能。那么是否存在一種能夠節(jié)省內(nèi)存，而且對性能影響較少的機制呢？

在 Linux-3.14 引入了一種名為 zRAM 的技術，zRAM 的原理是：將進程不常用的內(nèi)存壓縮存儲，從而達到節(jié)省內(nèi)存的使用。如下圖所示：

圖片

zRAM 機制建立在 swap 機制之上，swap 機制是將進程不常用的內(nèi)存交換到磁盤中，而 zRAM 機制是將進程不常用的內(nèi)存壓縮存儲在內(nèi)存某個區(qū)域。所以 zRAM 機制并不會發(fā)生 I/O 操作，從而避免因 I/O 操作導致的性能下降。

1.2ZRAM 技術是什么

ZRAM，這個聽起來有些神秘的技術，實際上是 Linux 內(nèi)核提供的一項虛擬內(nèi)存壓縮功能。簡單來說，它就像是一個聰明的 “內(nèi)存管家”，能夠在內(nèi)存緊張時大顯身手 。在計算機的世界里，當物理內(nèi)存不足時，系統(tǒng)通常會將一些暫時不用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到硬盤的交換空間中，這個過程被稱為磁盤分頁。然而，硬盤的讀寫速度與內(nèi)存相比，簡直是天壤之別，這就導致一旦頻繁進行磁盤分頁，設備的運行速度會大幅下降，出現(xiàn)嚴重的卡頓現(xiàn)象。

ZRAM 的出現(xiàn)，巧妙地解決了這一難題。它通過在 RAM 內(nèi)創(chuàng)建一個壓縮塊設備，將那些暫時不用的內(nèi)存數(shù)據(jù)進行壓縮后存儲在這個設備上，也就是我們所說的分頁。這樣一來，在需要交換或分頁時，系統(tǒng)優(yōu)先使用 ZRAM 這個壓縮塊設備，而不是直接使用硬盤上的交換空間，從而避免了在磁盤上進行分頁，大大提高了性能。形象地講，ZRAM 就像是給內(nèi)存增加了一個 “壓縮倉庫”，當內(nèi)存里的東西太多放不下時，就把一些不太常用的東西壓縮后放進這個 “倉庫” 里，等到需要使用的時候，再把它們解壓取出來。而且，由于這個 “倉庫” 就在內(nèi)存里面，存取速度比從硬盤中讀取要快得多，這就使得設備在內(nèi)存緊張的情況下依然能夠保持較為流暢的運行 。

從技術原理上看，ZRAM 利用了內(nèi)存的快速讀寫特性和數(shù)據(jù)壓縮算法。當系統(tǒng)檢測到內(nèi)存壓力時，會將一部分內(nèi)存頁面數(shù)據(jù)傳遞給 ZRAM 模塊。ZRAM 模塊會對這些數(shù)據(jù)進行壓縮，然后將壓縮后的數(shù)據(jù)存儲在預先分配好的內(nèi)存區(qū)域中，這個區(qū)域就形成了一個虛擬的塊設備，類似于磁盤分區(qū)，但速度卻比磁盤快很多。當應用程序需要訪問這些被壓縮的數(shù)據(jù)時，ZRAM 會及時將其解壓并返回給應用程序，整個過程對于應用程序來說是透明的，就好像這些數(shù)據(jù)一直都在正常的內(nèi)存中一樣 。

二、ZRAM 技術的工作原理

由于zRAM 機制是建立在swap機制之上，而 swap 機制需要配置 文件系統(tǒng) 或 塊設備 來完成的。所以 zRAM 虛擬一個塊設備，當系統(tǒng)內(nèi)存不足時，swap 機制將內(nèi)存寫入到這個虛擬的塊設備中。也就是說，zRAM 機制本質(zhì)上只是一個虛擬塊設備。

zRAM 的原理如下圖所示：

圖片

從上圖可以看出，在開啟了 zRAM 機制的情況下，當系統(tǒng)內(nèi)存不足時，內(nèi)核會進行如下操作：

• 通過 swap 機制從系統(tǒng)中查找一些進程不常用的內(nèi)存。
• 將這些不常用的內(nèi)存交換到 zRAM 塊設備中，而 zRAM 塊設備首先會對這些不常用的內(nèi)存進行壓縮，然后存儲起來。
• 把不常用的內(nèi)存壓縮存儲到 zRAM 塊設備后，swap 機制會把這些不常用的內(nèi)存歸還給內(nèi)核。
• 當進程訪問到這些被交換到 zRAM 塊設備的內(nèi)存時，swap 機制將會通過 zRAM 塊設備解壓這些內(nèi)存，并且重新建立與進程的地址映射關系。

2.1zram配置步驟

(1)內(nèi)核配置

3.15 之前版本的 kernel

Device Drivers -> Staging drivers (STAGING [=y])

3.15 及之后版本的 kernel

Device Drivers -> [*] Block devices -> Compressed RAM block device support

具體的配置項如下：

CONFIG_RESOURCE_COUNTERS=y
CONFIG_MEMCG=y
CONFIG_MEMCG_SWAP=y
CONFIG_MEMCG_SWAP_ENABLED=y
CONFIG_MEMCG_KMEM=y
CONFIG_ZRAM=y
CONFIG_TOI_ZRAM_SUPPORT=y
CONFIG_ZRAM_DEBUG=y

(2)zram 塊設備個數(shù)設定

如果是將 zram 編譯成模塊，則可以使用下面命令動態(tài)加載，這個命令會創(chuàng)建 4 個設備 /dev/zram{0,1,2,3}

modprobe zram num_devices=4

如果是直接將 zram 編譯到內(nèi)核，那只能在代碼里面直接修改 num_devices，3.15 之前的版本代碼路徑是 drivers/staging/zram/zram_drv.c，3.15 及之后的版本代碼路徑是 ./drivers/block/zram/zram_drv.c ，默認 zram 設備個數(shù)是一個。

(3)壓縮流的最大個數(shù)設定

這個是 3.15 版本及以后的 kernel 新加入的功能，3.15 版本之前的 zram 壓縮都是使用一個壓縮流（緩存 buffer 和算法私有部分）實現(xiàn)，每個寫（壓縮）操作都會獨享壓縮流，但是單壓縮流如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)奔潰或者卡住的現(xiàn)象，所有的寫（壓縮）操作將一直處于等待狀態(tài)，這樣效率非常低；而多壓縮流的架構會讓寫（壓縮）操作可以并行去執(zhí)行，大大提高了壓縮的效率和穩(wěn)定性。

查看壓縮流的最大個數(shù)，默認是1

cat /sys/block/zram0/max_comp_streams

設定壓縮流的最大個數(shù)

echo 3 > /sys/block/zram0/max_comp_streams

(4)壓縮算法選擇

查看目前支持的壓縮算法

cat /sys/block/zram0/comp_algorithm
lzo [lz4]

修改壓縮算法

echo lzo > /sys/block/zram0/comp_algorithm

(5)zram 內(nèi)存大小設定

分配部分內(nèi)存作為 zram ，大小建議為總內(nèi)存的 10%-25% 。

可以使用數(shù)值直接設置內(nèi)存大小，單位是 bytes

echo $((512*1024*1024)) > /sys/block/zram0/disksize

也可以使用帶內(nèi)存單位作為后綴的方式設置內(nèi)存大小

(6)啟用 zram 設備為 swap

mkswap /dev/zram0
swapon /dev/zram0

(7)具體的 zram 相關對外接口說明

圖片

(8)系統(tǒng)運行之后的內(nèi)存統(tǒng)計情況

cat /proc/meminfo
1  MemTotal:        1958596 kB
2  MemFree:           40364 kB
3  Buffers:            3472 kB
4  Cached:           328080 kB
5  SwapCached:         1908 kB
6  Active:           906752 kB
7  Inactive:         426648 kB
8  Active(anon):     752824 kB
9  Inactive(anon):   252756 kB
10 Active(file):     153928 kB
11 Inactive(file):   173892 kB
12 Unevictable:        2516 kB
13 Mlocked:               0 kB
14 SwapTotal:        524284 kB
15 SwapFree:         378320 kB
16 Dirty:               480 kB
17 Writeback:             0 kB
18 AnonPages:       1003452 kB
19 Mapped:           167052 kB
20 Shmem:              1184 kB
21 Slab:              83104 kB
22 SReclaimable:      24368 kB
23 SUnreclaim:        58736 kB
24 KernelStack:       48736 kB
25 PageTables:        41908 kB
26 NFS_Unstable:          0 kB
27 Bounce:                0 kB
28 WritebackTmp:          0 kB
29 CommitLimit:     1503580 kB
30 Committed_AS:   94718220 kB
31 VmallocTotal:  251658176 kB
32 VmallocUsed:      181352 kB
33 VmallocChunk:  251373156 kB

從 Line 14,15 可以看到 swap 相關的統(tǒng)計信息，SwapTotal 的大小就是 zram 設備的大小，當系統(tǒng)開啟了一段時間之后，就會將后臺的一些優(yōu)先級低的應用數(shù)據(jù)（匿名頁面）壓縮存放到 swap 區(qū)，然后再重新打開這些應用的時候，再從 swap 區(qū)將它們的數(shù)據(jù)解壓出來。在 Android KitKat 版本之前，Android 設備因為沒有 zram，所以查看 /proc/meinfo 看到的 swap 分區(qū)的大小和統(tǒng)計數(shù)據(jù)都會是零。

1 Total RAM: 1958596 kB (status normal)
2  Free RAM: 724527 kB (504283 cached pss + 183244 cached kernel + 37000 free)
3  Used RAM: 1014008 kB (656204 used pss + 357804 kernel)
4  Lost RAM: 220061 kB
5      ZRAM: 27296 kB physical used for 145952 kB in swap (524284 kB total swap)
6    Tuning: 256 (large 512), oom 286720 kB, restore limit 95573 kB (high-end-gfx)

Line 5 也可以看到 swap 相關的統(tǒng)計信息，如果需要查看具體某個進程使用了多少 swap 空間，可以通過dumpsys meminfo pid（該進程的 id 號）查看。

2.2啟用zRAM

(1)創(chuàng)建 zRAM 塊設備

要啟用 zRAM，首先需要創(chuàng)建 zRAM 塊設備。要創(chuàng)建 zRAM 塊設備，可以使用以下命令：

modprobe zram num_devices=1

num_devices 參數(shù)可以指定創(chuàng)建 zRAM 塊設備的個數(shù)，上面命令創(chuàng)建了一個 zRAM 塊設備，可以通過路徑 /dev/zram0 來訪問這個塊設備。

(2)設置 zRAM 塊設備的大小

創(chuàng)建完 zRAM 塊設備后，可以通過以下命令來設置其空間大小：

echo 512M > /sys/block/zram0/disksize

上面命令設置了 zram0 的大小為 512MB，也就是說， zram0 能夠存儲 512MB 壓縮后的數(shù)據(jù)。

(3)壓縮算法選擇

zRAM 機制支持多種壓縮算法，不同的壓縮算法有不同的壓縮比率和壓縮速度，用戶可以按照自身的需求來選擇不同的壓縮算法。

要更改 zRAM 的壓縮算法，可以使用下面命令：

echo lzo > /sys/block/zram0/comp_algorithm

上面命令將 zRAM 的壓縮算法更改為 lzo，我們也可以通過下面命令來查看內(nèi)核支持哪些壓縮算法：

cat /sys/block/zram0/comp_algorithm
lzo [lz4]

從上面命令的輸出可知，內(nèi)核支持 lzo 和 lz4 兩種壓縮算法。

(4)將 swap 交換設備設置為 zRAM

要將 swap 的交換設備設置為 zRAM 塊設備，可以使用以下命令：

mkswap /dev/zram0

當執(zhí)行完上面這條命令后，內(nèi)核將會使用 zram0 作為 swap 的交換設備。

三、zRAM技術的實現(xiàn)

zRAM 塊設備驅(qū)動的實現(xiàn)代碼主要在 drivers/block/zram/zram_drv.c 文件中，下面我們主要圍繞此文件進行分析。

本文并不會介紹塊設備驅(qū)動的編寫流程，只會分析 swap 機制在進行內(nèi)存交換時，與 zRAM 塊設備驅(qū)動的交互。

3.1壓縮內(nèi)存

當系統(tǒng)內(nèi)存不足時，內(nèi)核將會觸發(fā) swap 機制。swap 機制首先會從系統(tǒng)中選擇一些進程不常用內(nèi)存，然后將這些不常用的內(nèi)存交換到 zRAM 塊設備中（使用 zRAM 塊設備作為交換設備的情況下）。

當 swap 機制將不常用的內(nèi)存交換到 zRAM 塊設備時，會調(diào)用 zram_make_request() 函數(shù)處理請求。而 zram_make_request() 最終會通過調(diào)用 zram_bvec_write() 函數(shù)來壓縮內(nèi)存，調(diào)用鏈如下：

zram_make_request()
 -> __zram_make_request()
     -> zram_bvec_rw()
         -> zram_bvec_write()

我們來分析一下 zram_bvec_write() 函數(shù)的實現(xiàn)，其代碼如下：

static int
zram_bvec_write(struct zram *zram, struct bio_vec *bvec, u32 index, int offset)
{
    ...
    // 1. 獲取需要進行壓縮的內(nèi)存
    page = bvec->bv_page;
    ...
    user_mem = kmap_atomic(page);
    uncmem = user_mem;

    ...
    // 2. 對內(nèi)存進行壓縮
    ret = zcomp_compress(zram->comp, zstrm, uncmem, &clen);
    ...

    // 3. 獲取壓縮后的數(shù)據(jù)
    src = zstrm->buffer;
    ...

    // 4. 申請一個內(nèi)存塊保存壓縮后的數(shù)據(jù)
    handle = zs_malloc(meta->mem_pool, clen);
    ...
    cmem = zs_map_object(meta->mem_pool, handle, ZS_MM_WO);

    // 5. 將壓縮后的數(shù)據(jù)保存到新申請的內(nèi)存塊中
    memcpy(cmem, src, clen);
    ...

    // 6. 將壓縮后的數(shù)據(jù)登記到 zRAM 塊設備的表格中
    meta->table[index].handle = handle;
    ...
    return ret;
}

為了簡化分析過程，我們對代碼進行精簡。從上面的代碼可以看出，zRAM 機制對內(nèi)存進行壓縮的步驟如下：

• 獲取需要進行壓縮的內(nèi)存，需要進行壓縮的內(nèi)存由 swap 機制提供。
• 通過 zcomp_compress() 函數(shù)對內(nèi)存進行壓縮，src 指針指向壓縮后的內(nèi)存地址。
• 通過 zs_malloc() 和 zs_map_object() 函數(shù)申請一塊新的內(nèi)存塊，大小為壓縮后數(shù)據(jù)的大小。
• 將壓縮后的數(shù)據(jù)復制到新申請的內(nèi)存塊中。
• 將壓縮后的數(shù)據(jù)記錄到 zRAM 塊設備的表格中。

由于 zRAM 塊設備是建立在內(nèi)存中的虛擬塊設備，所以其并沒有真實塊設備的特性。真實塊設備會將存儲空間劃分成一個個塊，而 zram_bvec_write() 函數(shù)的 index 參數(shù)就是數(shù)據(jù)塊的編號。此參數(shù)有 swap 機制提供，所以 zRAM 塊設備驅(qū)動通過 index 參數(shù)作為原始內(nèi)存數(shù)據(jù)的編號。

一圖勝千言：

圖片

zRAM驅(qū)動有個數(shù)據(jù)塊表，用來記錄原始內(nèi)存數(shù)據(jù)對應的壓縮數(shù)據(jù)，此表的索引就是數(shù)據(jù)塊的編號。swap 機制會維護此表格的使用情況，如哪個塊是空閑的，哪個塊被占用等。

當內(nèi)存頁被壓縮后，swap 機制將會把原來的內(nèi)存頁釋放掉，并且把所有映射到此內(nèi)存頁的進程解除映射，細節(jié)可以參考 swap 機制相關的資料。

3.2ZRAM性能優(yōu)化方式

(1)模擬塊設備

從技術實現(xiàn)的角度來看，ZRAM 本質(zhì)上是一個非常獨特的塊設備驅(qū)動 。它采用了一種巧妙的方式，使用內(nèi)存來模擬 block device，也就是塊設備。在整個系統(tǒng)的內(nèi)存管理體系中，ZRAM 將內(nèi)存回收的重要策略放心地交給內(nèi)存管理模塊，因為內(nèi)存管理模塊在長期的發(fā)展和優(yōu)化中，已經(jīng)具備了非常成熟和高效的內(nèi)存回收算法，能夠根據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況，合理地回收不再使用的內(nèi)存資源，確保系統(tǒng)內(nèi)存的高效利用。

對于壓縮和解壓縮這一關鍵的操作環(huán)節(jié)，ZRAM 則依賴于專業(yè)的壓縮庫。這些壓縮庫經(jīng)過精心設計和優(yōu)化，擁有多種高效的壓縮算法，能夠根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和特點，選擇最合適的壓縮方式，在保證數(shù)據(jù)完整性的前提下，盡可能地提高壓縮率，減少數(shù)據(jù)占用的內(nèi)存空間。同時，在需要使用數(shù)據(jù)時，壓縮庫也能夠快速地將壓縮數(shù)據(jù)解壓縮，恢復成原始數(shù)據(jù)，滿足應用程序的使用需求。

而 ZRAM 自身的內(nèi)存分配工作，則由 zsmalloc 負責。zsmalloc 是專門為 ZRAM 設計的內(nèi)存分配器，它充分考慮了 ZRAM 在內(nèi)存緊張環(huán)境下的工作需求。在內(nèi)存緊張時，傳統(tǒng)的內(nèi)存分配器可能會因為高階內(nèi)存分配不到而失敗，導致 ZRAM 無法正常工作。但 zsmalloc 通過獨特的設計，能夠在這種情況下更好地工作，它嘗試將多個相同大小的對象存放在組合頁（稱為 zspage）中，并且這個組合頁不要求物理連續(xù)，從而大大提高了內(nèi)存的使用率，確保 ZRAM 在內(nèi)存緊張的情況下也能穩(wěn)定運行 。

(2)數(shù)據(jù)壓縮存儲

當應用程序在運行過程中產(chǎn)生內(nèi)存頁時，這些內(nèi)存頁首先會被傳遞到 ZRAM 模塊。ZRAM 模塊會對這些內(nèi)存頁進行仔細的分析和處理，然后運用高效的壓縮算法對其進行壓縮。以 Android 手機為例，當你連續(xù)打開多個應用時，系統(tǒng)的空閑內(nèi)存會持續(xù)下降。此時，ZRAM 就會發(fā)揮它的強大作用，它會把最近最少使用的頁面識別出來，比如淘寶應用的頁面，如果它是最近最少使用的，原本占用 100M 的匿名頁，經(jīng)過 ZRAM 的壓縮算法處理后，可能只需要占用 40M 的空間，通過這樣的壓縮操作，一下子就節(jié)省了 60M 的內(nèi)存空間 。

壓縮后的內(nèi)存頁會被存儲到 zram 塊設備中，這個過程就像是把整理好的物品存放到一個專門的倉庫里。當應用程序后續(xù)需要訪問這些內(nèi)存頁時，ZRAM 會快速響應。它首先會檢查所需的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)在 zram 塊設備中，如果存在，就直接從 zram 塊設備中讀取壓縮數(shù)據(jù)，然后迅速進行解壓縮操作，將解壓縮后的數(shù)據(jù)返回給應用程序使用。整個過程非常高效，對于應用程序來說，幾乎感覺不到數(shù)據(jù)是從經(jīng)過壓縮存儲的 zram 塊設備中獲取的，就好像這些數(shù)據(jù)一直都在正常的內(nèi)存中隨時可供使用一樣 。

(3)多數(shù)據(jù)流并發(fā)優(yōu)化

在早期的內(nèi)核版本中，對壓縮流的設置相對較為單一。例如在 3.15 老版本內(nèi)核中，雖然提供了接口給上層設置最大壓縮流，但這種設置方式在實際應用中存在一定的局限性，無法充分滿足系統(tǒng)對于并發(fā)性能的需求。隨著技術的不斷發(fā)展和對系統(tǒng)性能要求的不斷提高，從 4.19 內(nèi)核開始，底層內(nèi)核做出了重大改進，針對各個 CPU 都配置了一個壓縮數(shù)據(jù)流 。

這樣做的主要目的是為了極大地優(yōu)化系統(tǒng)中并發(fā)的情況。當系統(tǒng)中有多個寫壓縮操作同時發(fā)生時，每個操作都能夠獨享一個壓縮數(shù)據(jù)流。通過這種多數(shù)據(jù)流的設計方式，系統(tǒng)能夠同時處理多個并發(fā)的壓縮操作，大大提高了系統(tǒng)在高并發(fā)場景下的處理能力和效率。

舉例來說，當你的電腦在同時運行多個大型軟件，每個軟件都有大量的數(shù)據(jù)需要進行內(nèi)存壓縮處理時，多數(shù)據(jù)流并發(fā)優(yōu)化機制就能夠讓這些軟件的壓縮操作同時高效進行，避免了因為壓縮流不足而導致的操作等待和系統(tǒng)卡頓，確保系統(tǒng)在復雜的多任務環(huán)境下依然能夠保持流暢運行 。

四、ZRAM技術的優(yōu)勢及應用場景

4.1ZRAM 技術的優(yōu)勢

(1)提升系統(tǒng)性能

在內(nèi)存不足的設備上，ZRAM 技術就像是一位救星，能夠顯著提升系統(tǒng)的性能 。與傳統(tǒng)的磁盤 swap 相比，ZRAM 具有無可比擬的速度優(yōu)勢。傳統(tǒng)磁盤 swap 在內(nèi)存不足時，會將內(nèi)存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到硬盤的交換空間中，而硬盤的讀寫速度遠遠低于內(nèi)存。在這種情況下，系統(tǒng)的響應速度會變得極為遲緩，就像一輛原本高速行駛的汽車突然陷入了泥潭，每一個操作都變得艱難無比。

而 ZRAM 技術則另辟蹊徑，它將壓縮后的數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，這就避免了磁盤 I/O 操作帶來的巨大延遲 。當系統(tǒng)需要調(diào)用被交換出去的數(shù)據(jù)時，ZRAM 能夠在極短的時間內(nèi)將壓縮數(shù)據(jù)解壓并返回給應用程序，使得系統(tǒng)的響應速度大幅提升。以一款老舊的 PC 電腦為例，它的內(nèi)存較小，在同時運行多個程序時，傳統(tǒng)磁盤 swap 會讓系統(tǒng)卡頓得幾乎無法操作。

但在啟用 ZRAM 技術后，即使打開多個大型文檔、運行音樂播放器和瀏覽器等多個程序，系統(tǒng)依然能夠保持相對流暢的運行，程序之間的切換也變得迅速，大大提高了用戶的工作和娛樂效率 。

(2)提高內(nèi)存利用率

ZRAM 技術通過其獨特的壓縮技術，能夠在有限的內(nèi)存空間中存儲更多的數(shù)據(jù)，從而有效地 “擴大” 了可用內(nèi)存容量 。這一優(yōu)勢在實際應用中表現(xiàn)得非常明顯。比如，在一臺配備 4GB 內(nèi)存的電腦上，同時運行多個應用程序時，內(nèi)存很快就會被占滿。假設一個應用程序占用 500MB 的內(nèi)存空間，在沒有 ZRAM 技術的情況下，這 4GB 內(nèi)存可能只能容納 8 個這樣的應用程序。

但當啟用 ZRAM 技術后，通過壓縮算法，原本占用 500MB 內(nèi)存的應用程序，經(jīng)過壓縮后可能只需要占用 200MB 的內(nèi)存空間 。這樣一來，同樣是 4GB 的內(nèi)存，就可以容納 20 個這樣經(jīng)過壓縮存儲的應用程序，大大提高了內(nèi)存的利用率，使得系統(tǒng)可以在內(nèi)存壓力下運行更多的進程，用戶也能夠更加自由地進行多任務操作，無需頻繁關閉應用程序來釋放內(nèi)存 。

(3)延長存儲設備壽命

對于使用 SSD 或嵌入式存儲設備的用戶來說，ZRAM 技術還有一個重要的優(yōu)勢，那就是能夠延長存儲設備的使用壽命 。在傳統(tǒng)的內(nèi)存管理方式中，當內(nèi)存不足時，系統(tǒng)會頻繁地將內(nèi)存數(shù)據(jù)寫入硬盤的交換空間，也就是我們常說的 Swap 分區(qū)。這種頻繁的讀寫操作會對硬盤造成較大的損耗，尤其是對于 SSD 這種有寫入壽命限制的存儲設備來說，頻繁的寫入操作會加速其老化，縮短其使用壽命 。

而 ZRAM 技術的出現(xiàn)，改變了這一局面。它將數(shù)據(jù)壓縮后存儲在內(nèi)存中，減少了對硬盤的讀寫次數(shù) 。以一款使用 SSD 的筆記本電腦為例，在日常使用中，如果頻繁進行大文件的讀寫、多任務處理等操作，沒有 ZRAM 技術時，硬盤的讀寫次數(shù)會非常頻繁，可能在幾年后就會出現(xiàn)性能下降甚至損壞的情況。但當啟用 ZRAM 技術后，大部分的內(nèi)存交換操作都在內(nèi)存中完成，大大減少了對硬盤的依賴，從而有效地延長了硬盤的使用壽命，讓用戶能夠更長時間地享受穩(wěn)定的存儲服務 。

4.2ZRAM 技術的應用場景

(1)嵌入式設備

在嵌入式設備的領域中，內(nèi)存和存儲資源常常面臨著極為緊張的局面。以常見的智能攝像頭為例，這類設備通常被設計得小巧輕便，以便于安裝和使用，這就導致其內(nèi)部空間有限，無法容納大容量的內(nèi)存和存儲設備。然而，智能攝像頭需要實時處理大量的圖像數(shù)據(jù)，包括圖像采集、編碼、傳輸以及存儲等多個環(huán)節(jié)，這些操作都對內(nèi)存和存儲有著較高的需求 。

在這種內(nèi)存和存儲受限的情況下，ZRAM 技術就成為了提升設備性能的關鍵。當智能攝像頭的內(nèi)存空間不足時，ZRAM 能夠迅速介入，將暫時不用的內(nèi)存數(shù)據(jù)進行高效壓縮，然后存儲在 ZRAM 設備中。這樣一來，不僅避免了頻繁的磁盤 I/O 操作，因為磁盤的讀寫速度相對較慢，頻繁操作會嚴重影響設備的響應速度，而且還能減少對存儲設備的磨損。對于嵌入式設備中常用的閃存等存儲介質(zhì)來說，其寫入壽命是有限的，頻繁的寫入操作會加速其老化，而 ZRAM 技術通過減少磁盤 I/O，有效地延長了存儲設備的使用壽命，使得智能攝像頭能夠更加穩(wěn)定、持久地運行 。

(2)Android 系統(tǒng)

Android 系統(tǒng)作為全球使用最為廣泛的移動操作系統(tǒng)之一，其用戶數(shù)量龐大，應用場景也極為豐富。在日常使用中，用戶常常會同時打開多個應用程序，例如在瀏覽新聞資訊的同時，還會接收社交軟件的消息通知，并且可能后臺運行著音樂播放、地圖導航等應用。這種多任務的使用場景對手機的內(nèi)存管理提出了極高的要求，如果內(nèi)存管理不善，就容易出現(xiàn)應用卡頓、閃退等問題，嚴重影響用戶體驗 。

為了解決這一難題，Android 系統(tǒng)從 4.4 版本開始默認采用了 ZRAM 技術。當用戶在手機上開啟多個應用導致內(nèi)存緊張時，ZRAM 技術就會發(fā)揮作用。它會自動識別出那些最近最少使用的應用程序所占用的內(nèi)存頁面，然后對這些頁面進行壓縮處理。例如，當你打開了微信、淘寶、抖音等多個應用后，系統(tǒng)內(nèi)存逐漸減少，ZRAM 會將微信中暫時不用的聊天記錄頁面、淘寶的商品緩存頁面等進行壓縮，原本占用較大內(nèi)存空間的這些頁面，經(jīng)過壓縮后占用的內(nèi)存大幅減少。這樣，就為其他正在運行的應用程序釋放出了更多的內(nèi)存空間，使得手機在多任務場景下依然能夠保持較為流暢的運行，應用之間的切換也更加迅速，大大提升了用戶的使用體驗 。

(3)內(nèi)存受限的老舊 PC

隨著科技的飛速發(fā)展，計算機硬件的更新?lián)Q代速度越來越快。然而，對于許多用戶來說，手中的老舊 PC 由于各種原因，如預算有限、對電腦性能要求不高等，仍然在繼續(xù)使用。這些老舊 PC 往往存在內(nèi)存容量較小的問題，例如早期的電腦可能只有 1GB 或 2GB 的內(nèi)存 。

在當今的軟件環(huán)境下，許多應用程序?qū)?nèi)存的需求越來越高。一款普通的辦公軟件在運行時可能就需要占用幾百 MB 的內(nèi)存，而如果再同時打開瀏覽器、音樂播放器等多個程序，內(nèi)存很快就會被耗盡，導致電腦運行緩慢，甚至出現(xiàn)死機的情況。此時，ZRAM 技術就為這些老舊 PC 提供了一種經(jīng)濟實惠且有效的性能改善方案。通過啟用 ZRAM 技術，老舊 PC 可以在不增加硬件成本的前提下，將一部分內(nèi)存空間劃分出來作為 ZRAM 設備。當內(nèi)存不足時，系統(tǒng)將暫時不用的數(shù)據(jù)壓縮后存儲到 ZRAM 設備中，從而在一定程度上緩解內(nèi)存壓力，使得電腦能夠更加流暢地運行多個應用程序，滿足用戶日常辦公、娛樂等基本需求 。