Swap/ru

Обзор

Пространство подкачки используется для расширения объема памяти (RAM), доступной для запуска программ.

• Без пространства подкачки, если у вас закончится память, приложения "завершатся", вплоть до краха всей системы.
• При наличии в системе пространства подкачки ядро может забирать у неактивных приложений/служб реже используемые страницы памяти и записывать их на диск ("своппинг"), позволяя активным приложениям получить больше реальной оперативной памяти.

В Manjaro существует три различных способа управления свопом:

• Раздел подкачки
• Файл подкачки
• zswap

Эта статья старается быть максимально полной, но еще больше информации можно найти в articles linked below.

Нужна ли мне подкачка

На этот вопрос нельзя ответить, не изучив вашу конфигурацию, и даже при большом количестве доступной памяти она часто используется для подстраховки или даже иногда из-за специфических требований приложения, поэтому ознакомьтесь со следующим неполным списком:

• Если Вы используете гибернацию: да - Вам нужна подкачка!
• Если у Вас есть службы, которые не всегда активны, но все равно постоянно работают: да - Вам нужна подкачка!
• Если у Вас есть приложение, которое выделяет виртуальную память непосредственно для временного хранения вместо оперативной памяти: да - Вам нужна подкачка!.
• Если у Вас есть приложение, у которого есть утечка памяти: да - Вам нужна подкачка!
• Если у вас есть сервер с 1 ТБ оперативной памяти, который вы используете в качестве рабочего стола без приложений, выделяющих виртуальную память или имеющих утечки памяти: нет - Вам не нужна подкачка!.

Сколько подкачки мне нужно

Необходимый объем подкачки сильно зависит от специфики приложений и рабочей нагрузки. Без мониторинга использования в течение определенного периода времени не существует универсальной формулы для определения объема подкачки. Разумно было бы начать с этого:

• При объеме физической памяти (RAM) менее 4 ГБ настоятельно рекомендуется чтобы пространство подкачки, как минимум, было равно объему RAM. Также рекомендуется, чтобы пространство подкачки было максимум в два раза больше объема оперативной памяти, в зависимости от объема дискового пространства, доступного для системы, из-за уменьшающейся отдачи.
• Для более современных систем (>4 ГБ) пространство подкачки должно быть как минимум равно ROUNDUP(SQRT(RAM)). Т.е. квадратный корень из объема вашей оперативной памяти, округленный до следующего ГБ. Однако, если вы используете спящий режим, вам нужен минимум размер физической памяти (RAM) плюс ROUNDUP(SQRT(RAM)). Максимум, опять же, вдвое больше объема ОЗУ, опять же из-за убывающей отдачи.
• Единственным недостатком наличия большего пространства подкачки, чем вы будете реально использовать, является то, что дисковое пространство, которое вы резервируете под него, не может быть использовано для приложений или системных данных.

"Уменьшающаяся отдача" означает, что если Вам нужно под подкачку больше места чем в два раза по отношению к оперативной памяти, то лучше добавить больше оперативной памяти, так как доступ к жесткому диску (HDD) примерно на 10³ медленнее, чем к оперативной памяти, поэтому то, что заняло бы 1 секунду, может занять более 15 минут! А на твердотельном накопителе (SSD) та же операция, которая заняла бы 1 секунду в оперативной памяти, займет около 1 минуты!

Принимая во внимание все вышеперечисленное - мы получаем следующую таблицу: (последние 3 столбца обозначают пространство подкачки)

       RAM   Без гибернации       С гибернацией Максимум
       1GB              1GB                 2GB      2GB
       2GB              2GB                 3GB      4GB
       3GB              3GB                 5GB      6GB
       4GB              4GB                 6GB      8GB

       RAM   Без гибернации       С гибернацией Максимум
       5GB              2GB                 7GB     10GB
       6GB              2GB                 8GB     12GB
       8GB              3GB                11GB     16GB
      12GB              3GB                15GB     24GB
      16GB              4GB                20GB     32GB
      24GB              5GB                29GB     48GB
      32GB              6GB                38GB     64GB
      64GB              8GB                72GB    128GB
     128GB             11GB               139GB    256GB
     256GB             16GB               272GB    512GB
     512GB             23GB               535GB      1TB
       1TB             32GB              1056GB      2TB
       2TB             46GB              2094GB      4TB
       4TB             64GB              4160GB      8TB
       8TB             91GB              8283GB     16TB

Note

---

Самый большой сервер, который когда-либо устанавливал один из авторов этой вики-статьи, действительно имел 8 ТБ оперативной памяти и даже эта машина имеет указанные выше настройки подкачки, так почему бы и вашей машине не быть такой?

Отображение информации о подкачке

Команда swapon отобразит текущую информацию о подкачке. Например:

swapon
NAME      TYPE      SIZE   USED PRIO
/dev/sda7 partition  20G  44.3M   -2

Следующий сценарий будет:

• показать, активен zswap или нет, и если активен, указать параметры zswap при запуске с помощью команды sudo.
• отобразить список всех приложений / служб, занимающих подкачку, и их объем в порядке убывания

#!/bin/bash
#Check whether running as root
if [ "$(whoami)" = 'root' ]; then
  dmesg | grep "zswap:" | grep --silent "load"
  if $? -eq 0 ; then
    # zswap is active
    echo "zswap information:"
    grep --recursive --color=none . /sys/kernel/debug/zswap/
    read -n 1 -s -r -p "Press any key to continue"
  else
    echo "[warning] zwap not active. Continuing"
  fi
else
  echo "[warning] Not running as root: skipping zswap info"
fi
for szFile in /proc/*/status ; do
  awk '/VmSwap|Name/{printf $2 "\t" $3}END{ print "" }' "$szFile"
done | sort --key 2 --numeric --reverse | more

Использование раздела подкачки

Раздел подкачки - это традиционный способ управления подкачкой. В этом сценарии для подкачки создается выделенный раздел (или разделы).

Создание и включение раздела подкачки

Чтобы создать раздел подкачки - необходимо достаточно нераспределенного дискового пространства для создания дополнительного раздела. Если у вас недостаточно места - перейдите к следующему разделу #Using_a_swap_file. Раздел подкачки может быть создан в любом инструменте управления дисками / разделами и должен быть установлен как тип linuxswap.

После создания раздела подкачки Вам нужно инициализировать раздел подкачки с помощью команды mkswap. Например, если ваш раздел подкачки /dev/sda3 - Вы можете использовать команду:

sudo mkswap /dev/sda3

Далее необходимо включить раздел подкачки с помощью команды swapon. Следуя нашему примеру выше это можно сделать следующим образом:

sudo swapon /dev/sda3

Чтобы гарантировать, что подкачка будет включена при загрузке, мы должны добавить запись в /etc/fstab. Для этого лучше всего использовать UUID вместо имени устройства. Вы должны добавить строку в fstab вручную или с помощью команды:

sudo bash -c "echo UUID=$(lsblk -no UUID /dev/sda3) none swap defaults 0 0 >> /etc/fstab"

Если Вы хотите иметь более одного раздела подкачки - просто повторите описанные выше шаги для всех дополнительных разделов.

Note

---

Обязательно замените /dev/sda3 в приведенных выше командах на ваш реальный раздел подкачки.

Tip

---

Если вы используете HDD (вращающийся диск) - поместите раздел подкачки в начало диска, поскольку скорость диска выше на внутренних дорожках. На SSD это не имеет значения.

Использование файла подкачки

Использование раздела подкачки имеет один существенный недостаток: Изменение размера swap или добавление swap требует переразметки диска. В текущих ядрах Linux можно использовать файл подкачки вместо выделенного раздела и начиная с ядра 2.6 разница в производительности между ними больше не ощущается.

Создание и включение статического файла подкачки

Tip

---

Нет причин, по которым вы не можете иметь как раздел подкачки, так и файл подкачки. Это простой способ добавить дополнительный раздел подкачки без переразметки.

Сначала создайте и инциализируйте файл для подкачки. Например, чтобы создать файл подкачки размером 4 ГБ необходимо использовать команду:

sudo dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1M count=4096 status=progress

Set the appropriate permissions on the file. It should be readable and writable only by root. This can be done with the command:

sudo chmod 600 /swapfile

Next we need to format and enable the swapfile:

sudo mkswap /swapfile

sudo swapon /swapfile

In order to ensure that the swap is enabled at boot we can add an entry to /etc/fstab. You can add the line to fstab manually or using the command:

sudo bash -c "echo /swapfile none swap defaults 0 0 >> /etc/fstab"

Файл подкачки на BTRFS

As of kernel 5.0 and higher, swapfiles are supported on btfrs. They still require some special handling in addition to the above steps.

Prior to running the fallocate step above, you should run these commands:

sudo truncate -s 0 /swapfile
sudo chattr +C /swapfile
sudo btrfs property set /swapfile compression none

These commands create an empty swapfile, disable COW for that file and ensure that compression is disabled.

Tip

---

To stay compatible with Timeshift, it is necessary to create the swapfile outside the root subvolume "@".

root # btrfs subvolume create /@swapfile COPY TO CLIPBOARD

Just replace /swapfile with /@swapfile/swapfile.

Файл подкачки на ZFS

zfs doesn't support swapfiles, however you can achieve a similar benefit using a zvol as a swap volume.

Detailed instructions on how to accomplish this can be found in this ZoL guide.

Автоматизированное управление подкачкой с помощью systemd-swap

Note

---

Using systemd-swap with on btrfs/zfs or with hibernation support requires special handling beyond the scope of this article

It is possible to automatically manage the size of your swapfile using systemd-swap. It can create swap files dynamically based on memory needs. It is also an easy way to enable/manage zswap

Установка и настройка systemd-swap

First, install and enable systemd-swap:

pamac install systemd-swap
sudo systemctl enable systemd-swap.service

Next enable dynamic swap management by creating a file /etc/systemd/swap.conf.d/myswap.conf with the following parameters:

zswap_enabled=0
zram_enabled=0
swapfc_enabled=1

If you would prefer a single command to create this file you could use:

sudo bash -c 'echo -e "zswap_enabled=0\nzram_enabled=0\nswapfc_enabled=1" > /etc/systemd/swap.conf.d/myswap.conf'

Удаление другой подкачки

In order for systemd-swap to be effective you need to remove any traditional swap devices you have.

To display your current swap devices you can use the command swapon. For example, my test machine displays the following:

swapon
NAME      TYPE      SIZE USED PRIO
/swapfile file        4G   0B   -2
/dev/sda3 partition 8.4G   0B   -3

In this example there are two swap devices. A swapfile and a swap partition. To turn them off we can use the command swapoff.

sudo swapoff /swapfile
sudo swapoff /dev/sda3

Next we need to remove them. The swap partition will need to be deleted using your favorite partitioning tool. You can remove the swapfile by simply deleting it.

sudo rm /swapfile

We need to also remove any lines related to swap from /etc/fstab. Edit the file with an appropriate text editor and remove or comment out the lines for the swap space. In the example above, we would remove these lines:

UUID=c2430cf1-8ea9-4422-a5c5-5a38779194c3 swap           swap    defaults,noatime 0 2
/swapfile none swap defaults 0 0

With hibernation configured it will also be necessary to edit /etc/default/grub. Find and remove option resume=UUID=... or replace the UUID with a new proper value. In the example above, we would remove this text:

resume=UUID=c2430cf1-8ea9-4422-a5c5-5a38779194c3

Then run:

sudo update-grub

If removing hibernation entirely then also delete resume from the HOOKS line in /etc/mkinitpcio.conf and run:

sudo mkinitpcio -P

Next reboot. After the reboot, when running swapon you should see something similiar to the following:

NAME                           TYPE SIZE USED PRIO
/var/lib/systemd-swap/swapfc/1 file 512M   0B   -2

systemd-swap will add and remove swapfiles as your memory usage dictates.

Note

---

If you don't delete your existing swap partition it will be automatically activated by systemd even though you have removed it from fstab

Использование zswap с systemd-swap

zswap is compressed swap kept in RAM. zswap keeps the most frequently used pages in RAM and writes less frequently used pages to the swap space on disk. In many workloads, this will result in increased swap performance and less wear and tear on SSDs.

To enable zswap with systemd-swap, simply alter the instructions above and set Linux Kernel parameter zswap_enabled=1

Настройка и соображения по производительности

Although swap seems like a great way to expand memory, excessive swap use will cause severe performance degradation, as mentioned before.

There are couple of parameters that can be used to tune swap utilization. These are swappiness and vfs_cache_pressure. To see your current settings for these you can use the following commands:

cat /proc/sys/vm/swappiness
cat /proc/sys/vm/vfs_cache_pressure

swappiness controls how likely a page is to be transferred to swap. This value represents the percentage of the free memory before activating swap. The lower the value, the less swapping is used and the more memory pages are kept in physical memory where:

• 0 disables swap
• 60 is the default value which is ideal for a server that is memory-starved and running a lot of services
• 100 is very aggressive swapping.

For most desktop computers the recommended value is 10: Theoretically, this means to only start swapping when RAM usage reaches around 90 percent.

vfs_cache_pressure used to be a percentage value that controls the tendency of the kernel to reclaim the memory which is used for caching of directory and inode objects with a default value of 100 on Kernels <5.4. On Kernels >=5.4 can be increased beyond 100. Increasing this value will increase the rate in which these objects are removed from the RAM cache. Decreasing it will allow these objects to be cached in memory longer, consuming additional RAM over time. Depending on your specific workload, increasing or decreasing this value too far can have significant negative impacts on system performance. Experimentation is needed to find the appropriate balance and the default value is reasonable. In general, it is more common to optimize swappiness before experimenting with vfs_cache_pressure.

To set these values you can use the command sysctl. For example, to set the swappiness value to 10 you could use:

sudo sysctl vm.swappiness=10

There is no preset defined answer on the optimal values for these parameters. Experimentation is needed to find the optimum configuration for your specific hardware and workload.

Смотрите также

• The Arch Wiki page on swap
• The Arch Wiki page on zswap
• The Linux kernel documentation on zswap
• The Linux kernel documentation on swappiness and vfs_cache_pressure
• The openSUSE guide to tuning memory
• The systemd-swap page
• The ZFS on Linux guide on Swap Volumes