Auslagerungsspeicher (Swap)
Übersicht
Der Auslagerungsspeicher wird zur Erweiterung des für die Ausführung von Programmen verfügbaren Speichers (RAM) verwendet.
- Ohne Auslagerungsspeicher werden bei Speichermangel die Anwendungen beendet, was zu einem Absturz des gesamten Systems führen kann.
- Wenn dem System Auslagerungsspeicher zur Verfügung steht, kann der Kernel weniger häufig genutzte Speicherseiten von inaktiven Anwendungen / Diensten auf die Festplatte schreiben ("auslagern"), wodurch mehr echter Arbeitsspeicher für aktive Anwendungen zur Verfügung steht.
Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten, wie der Swap in Manjaro verwaltet werden kann:
- Eine Auslagerungs-Partition
- Eine Auslagerungs-Datei
- Komprimierte Auslagerung (zswap)
Dieser Artikel versucht, so umfassend wie möglich zu sein, aber noch mehr Informationen finden Sie in den unten verlinkten Artikel
Brauche ich eine Auslagerung?
Das ist eine Frage, die nicht beantwortet werden kann, ohne einen Blick auf Ihre Konfiguration zu werfen. Selbst bei reichlich verfügbarem Speicher wird dieser oft als Auffangnetz oder sogar manchmal aufgrund spezifischer Anwendungsanforderungen verwendet, also werfen Sie einen Blick auf die folgende nicht abschließende Liste:
- Wenn Sie den Ruhezustand verwenden: ja, Sie müssen auslagern!
- Wenn Sie Dienste haben, die nicht immer aktiv sind, aber trotzdem ständig laufen: ja, Sie müssen auslagern!
- Wenn Sie eine Anwendung haben, die anstelle von RAM direkt virtuellen Speicher für temporäre Speicherung zuweist: ja, Sie müssen auslagern!
- Wenn Sie eine Anwendung haben, die ein Speicherleck hat: ja, Sie müssen auslagern!
- Wenn Sie einen Server mit 1 TB RAM haben, den Sie als Desktop verwenden, ohne dass Anwendungen virtuellen Speicher zuweisen oder Speicherlecks haben: Nein, Sie müssen nicht auslagern!
Wie viel Auslagerungspeicher brauche ich?
Die benötigte Swap-Größe ist sehr variabel und hängt von Ihren spezifischen Anwendungen und der Arbeitslast ab. Es gibt keine allgemeingültige Formel für die Größe des Auslagerungsspeichers, ohne die Nutzung über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu überwachen. Ein vernünftiger Ansatzpunkt wäre:
- Bei weniger als 4 GB physischem Speicher (RAM) wird dringend empfohlen, dass der Swap-Speicher mindestens so groß sein sollte wie der RAM-Speicher. Außerdem wird empfohlen, dass der Swap-Speicher maximal doppelt so groß ist wie der RAM-Speicher, abhängig von der Größe des für das System verfügbaren Festplattenplatzes, wegen des abnehmenden Nutzens.
- Bei moderneren Systemen (>4 GB) sollte Ihr Auslagerungsplatz mindestens der Größe Ihres physischen Speichers (RAM) entsprechen, wenn Sie den Ruhezustand verwenden, andernfalls benötigen Sie mindestens ROUNDUP(SQRT(RAM)), d.h. die Quadratwurzel Ihrer Arbeitsspeichergröße aufgerundet auf das nächste GB. Das Maximum ist auch hier das Doppelte der Arbeitsspeichergröße, ebenfalls wegen des abnehmenden Nutzens.
- Der einzige Nachteil, wenn Sie mehr Auslagerungsspeicher haben, als Sie tatsächlich benötigen, ist, dass der dafür reservierte Speicherplatz nicht für Anwendungs- oder Systemdaten verwendet werden kann.
Der "abnehmende Nutzen" bedeutet, dass Sie, wenn Sie mehr Auslagerungsspeicher als das Doppelte Ihrer RAM-Größe benötigen, besser mehr RAM hinzufügen sollten, da der Zugriff auf die Festplatte (HDD) etwa 10³ langsamer ist als der Zugriff auf den RAM, so dass etwas, das 1 Sekunde dauern würde, plötzlich mehr als 15 Minuten dauert! Und auf einem Halbleiterlaufwerk (Solid State Drive, SSD) dauert derselbe Vorgang, der im RAM 1 Sekunde dauerte, auf dem SSD immer noch etwa 1 Minute!
Unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte ergibt sich die folgende Tabelle:
(die letzten 3 Spalten bezeichnen den Auslagerungsbereich)
Arbeitsspeicher Kein Ruhezustand Mit Ruhezustand Maximum
1GB 1GB 2GB 2GB
2GB 2GB 3GB 4GB
3GB 3GB 5GB 6GB
4GB 4GB 6GB 8GB
Arbeitsspeicher Kein Ruhezustand Mit Ruhezustand Maximum
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
Auslagerungsinformationen anzeigen
Der Befehl swapon zeigt Ihre aktuellen Swap-Informationen an. Zum Beispiel:
swapon NAME TYPE SIZE USED PRIO /dev/sda7 partition 20G 44.3M -2
Das folgende Skript wird:
- zeigt an, ob zswap aktiv ist oder nicht, und wenn aktiv, gibt zswap Parameter an, wenn es mit dem Befehl Template:$ic ausgeführt wird
- eine Liste aller Anwendungen / Dienste anzeigen, die Auslagerung beanspruchen und wie viel sie beanspruchen, in absteigender Reihenfolge
#!/bin/bash
#Check whether running as root
if [ "$(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] zswap 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
Eine Auslagerungspartition benutzen
Eine Auslagerungspartition ist die traditionelle Art, den Auslagerungsbereich zu verwalten. In diesem Szenario wird eine dedizierte Partition (oder Partitionen) für die Unterbringung der Auslagerungsdaten erstellt.
Erstellen und Aktivieren einer Auslagerungspartition
Um eine Auslagerungspartition zu erstellen, benötigen Sie genügend nicht zugewiesenen Speicherplatz, um eine zusätzliche Partition zu erstellen. Wenn Sie nicht genügend Platz haben, springen Sie zum nächsten Abschnitt #Verwenden_einer_Auslagerungsdatei. Eine Auslagerungspartition kann in jeder Datenträgerverwaltung / Partitionsverwaltung erstellt werden und sollte als Typ linuxswap eingerichtet werden.#Using_a_Swapfile
Sobald Sie eine Auslagerungspartition haben, müssen Sie die Auslagerungspartition mit mkswap initialisieren. Wenn Ihre Auslagerungspartition zum Beispiel /dev/sda3 ist, könnten Sie diesen Befehl verwenden:
sudo mkswap /dev/sda3
Als nächstes müssen wir die Auslagerungspartition mit dem Befehl swapon aktivieren. In Anlehnung an unser obiges Beispiel könnte dies erfolgen mit:
sudo swapon /dev/sda3
Um sicherzustellen, dass die Auslagerung beim Booten aktiviert ist, können wir einen Eintrag in /etc/fstab hinzufügen. Am besten verwenden Sie dazu die UUID anstelle des Gerätenamens. Sie können die Zeile zu fstab manuell oder mit dem Befehl hinzufügen:
sudo bash -c "echo UUID=$(lsblk -no UUID /dev/sda3) none swap defaults 0 0 >> /etc/fstab"
If you would like to have more than one swap partition, simply repeat the steps above for any additional partitions.
Using a Swapfile
Using a swap partition has one major disadvantage: Changing the size of swap or adding swap requires repartitioning the disk. In current Linux kernels, it is possible to use a swap file instead of a dedicated partition and as from kernel 2.6 onwards there is no performance difference any more between the two.
Creating and Enabling a Static Swapfile
First create and intialize the file to hold the swap. For example, to create a 4GB swapfile, you could use the command:
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"
Swapfiles on 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 dd 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.
Swapfiles on 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.
Tuning & Performance Considerations
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.
See Also
- 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 ZFS on Linux guide on Swap Volumes