Почему linux использует swap файл

Все о пространстве подкачки в ОС Линукс

Оригинал: All about Linux swap space
Автор: Gary Sims
Дата: 3 декабря 2007
Свободный перевод: Алексей Дмитриев
Дата перевода: 6 декабря 2007

При копировании материала обязательны указание автора, переводчика и ссылки на оригинал статьи и настоящую страницу как первоисточник перевода!

В случае, когда компьютер должен выполнить программу, размер которой превышает физический объем оперативной памяти, современные операционные системы прибегают к технологии подкачки, или своппинга. При этом блоки памяти временно сохраняются на жестком диске, а освободившийся объем оперативной памяти используется для обработки другой информации. В настоящей статье рассмотрены несколько приемов, которые могут помочь вам лучше управлять подкачкой на Линукс-системах и получить наибольшую производительность подсистемы своппинга.

Линукс разделяет доступную физическую оперативную память (RAM — random access memory) на блоки, называемые страницами. Своппинг — это процесс, при котором страница памяти копируется в заранее заготовленное место на жестком диске, называемое пространством подкачки, чтобы освободить данную страницу памяти для новой информации. Сумма объемов физической оперативной памяти и пространства подкачки называется объемом доступной виртуальной памяти.

Подкачка необходима по двум причинам. Во-первых, когда системе требуется больше памяти, чем физически доступно, ядро переносит из памяти на диск наименее используемые страницы и отдает освободившуюся память тому приложению (процессу) который нуждается в ней немедленно. Во-вторых, значительное количество страниц памяти задействуется приложениями только во время их загрузки, и может больше не понадобиться по окончании процесса инициализации. Система может откачать эти страницы на диск, освободив тем самым память для других приложений, или даже для дискового кэша.

Однако подкачка имеет и оборотную сторону. По сравнению с памятью, диск работает очень медленно. Скорость памяти измеряется в наносекундах, тогда как скорость диска в миллисекундах, получается, что доступ к диску может быть в десятки тысяч раз медленнее доступа к физической памяти. Чем больше происходит подкачки, тем медленнее работает система. Иногда чрезмерный своппинг приводит к пробуксовке, когда страница откачивается, затем тут же закачивается обратно, потом снова откачивается и так далее. В такой ситуации система борется за свободную память, «гоняя» приложение на месте. В такой ситуации только добавление дополнительной оперативной памяти может помочь.

В Линуксе пространство подкачки бывает двух видов: раздел подкачки (swap partition) и файл подкачки (swap file).

Раздел подкачки — это независимая секция жесткого диска, используемая исключительно для подкачки, никаких других файлов там нет. Файл подкачки — это файл особого типа внутри файловой системы, среди прочих файлов всех других типов. Чтобы узнать каким пространством для подкачки вы располагаете, наберите в командной строке:

В ответ вы получите что-то типа:

Каждая строка относится к отдельному пространству подкачки, имеющемуся в системе. В данном случае строка всего одна. Поле ‘Type’ (Тип) говорит, что мы имеем раздел (partition), а не файл. Поле ‘Filename’ сообщает, что этот раздел находится на диске sda5. Поле ‘Size’ (размер) показывает размер раздела в килобайтах. Поле ‘Used’ (Использовано) сообщает, сколько килобайт пространства подкачки используется (в данном случае ноль). ‘Priority’ (Приоритет) сообщает, какое из пространств подкачки Линукс использует первым. Подсистема подкачки в линуксе имеет замечательное свойство: если вы смонтируете с одинаковым приоритетом два (или больше) пространств подкачки (желательно на разных устройствах), Линукс станет использовать их для подкачки поочередно, что существенно увеличит производительность своппинга.

Раздел подкачки

Для того чтобы добавить дополнительный раздел подкачки в свою систему, необходимо сначала подготовить его. Шаг первый — убедиться, что раздел помечен как swap partition (раздел подкачки). Шаг второй — создать на нем специальную файловую систему — swap filesystem. Чтобы удостовериться, что раздел помечен как swap, с правами root (суперпользователя) наберите команду:

Замените /dev/hdb на то устройство, которое хотите проверить. В ответ получите что-то вроде:

Если раздел не помечен как Linux swap, то придется изменить его с помощью программы fdisk, используя опцию ‘t’. Будьте предельно осторожны при работе с разделами, если не хотите по ошибке удалить важный раздел, или переформатировать системный раздел в раздел подкачки. Вся информация на swap-разделе будет потеряна, так что семь раз отмерьте, один раз отрежьте. Также имейте в виду, что Solaris помечает свои разделы тем же идентификатором, что Линукс — свои разделы подкачки (Linux swap), так что поостерегитесь случайно испортить раздел Solaris (если они у вас есть). Когда раздел помечен как swap, необходимо отформатировать его командой mkswap (make swap), опять же, как root:

Если не появляется сообщений об ошибках, значит ваш раздел отформатирован и готов к работе. Чтобы немедленно его активировать напечатайте:

Убедиться, что раздел используется, можно запустив команду swapon -s . Чтобы новый раздел автоматически подключался (монтировался) при запуске компьютера, нужно отредактировать файл /etc/fstab, который содержит список файловых систем, подключаемых (монтируемых) при загрузке. Формат каждой строки таков:

Так как пространство подкачки является специальным типом файловой системы, многие из этих параметров не понадобятся. Для раздела подкачки добавьте строку

/dev/hdb1 none swap sw 0 0

Здесь /dev/hdb1 — сам раздел подкачки, он не имеет специальной точки монтирования (mount point), следовательно, пишем none (нет). Его тип (type) — swap, обозначается опцией sw. Последние два параметра не используются, поэтому там нули.

Можно проверить без перезагрузки компьютера, будет ли ваш новый раздел подкачки автоматически подключаться. Для этого сначала отключим все пространства подкачки командой swapoff -a , затем обратно подключим все пространства подкачки, перечисленные в /etc/fstab командой swapon -a , затем проверим, что именно подключилось, командой swapon -s .

Файл подкачки (Swap file)

Кроме разделов подкачки, Линукс поддерживает также файлы подкачки, которые можно создавать, подготавливать и монтировать способом, похожим на вышеописанный. Преимущество файлов подкачки в том, что не нужно искать свободный раздел или создавать новый для увеличения пространства подкачки.

Для создания файла подкачки используйте команду dd , которая «умеет» создавать пустые файлы. Для создания файла в 1Гб напечатайте:

dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1024 count=1048576

Здесь: /swapfile — имя файла подкачки, а число 1048576 — это размер файла в килобайтах (т.е. 1Гб) Подготавливаем файл подкачки при помощи команды mkswap, также как поступали с разделом, но на этот раз указываем имя файла:

Аналогично монтируем его командой swapon:

Строка в файле /etc/fstab для файла подкачки выглядит так:

Какого размера должно быть пространство подкачки?

В принципе, возможно использовать Линукс систему вообще без подкачки, и система будет работать хорошо, если у нее большая оперативная память. Но, если, в один прекрасный момент, этой памяти не хватит, то систему ждет крах — ей просто не останется шансов. Так что советую иметь пространство подкачки, особенно в наши дни, когда место на винчестере сравнительно дешево.

Ключевой вопрос — сколько? Старые версии Unix-подобных операционных систем (такие как Sun OS и Ultrix) рекомендовали пространство подкачки вдвое или втрое превышающее размер оперативной памяти. Современные разработки (такие как Линукс) не требуют так много, но могут использовать его, если им дадут. Правило тут такое: 1) для настольных систем выделяйте пространство подкачки равное удвоенному размеру оперативной памяти, это позволит вам одновременно запускать много приложений (многие из которых, будучи неактивны, легко могут быть откачаны на диск, освободив память для активных); 2) для сервера выделяйте меньше пространства подкачки (около половины размера оперативной памяти), так, чтобы обеспечить при необходимости возможность своппинга, но следите за использованием пространства подкачки, и при необходимости наращивайте оперативную память (RAM); 3) для старых компьютеров с маленьким объемом оперативной памяти (скажем, только 128Мб), выделяйте столько пространства для подкачки, сколько сможете, вплоть до 1Гб.

Ядро Linux 2.6 добавило новый параметр, называемый swappiness (перевода не существует), позволяющий администратору регулировать то, как Линукс оперирует с пространством подкачки. Это число от 0 до 100. В общих чертах, чем больше это число, тем больше страниц откачиваются из оперативной памяти на диск, а чем меньше значение swappiness, тем большее число приложений остаются в оперативной памяти, даже если они неактивны. Разработчик ядра Andrew Morton утверждает, что выставляет на своих десктопах swappiness на высочайший уровень — 100, говоря при этом: «Я считаю, что не следует ограничивать ядро в его стремлении откачивать мусор. Вы же не хотите, чтобы сотни мегабайт памяти, занятой раздувшимися приложениями, без пользы зависли в вашей машине. Выгрузите их на диск, а память используйте на что-нибудь полезное». У идеи Мортона есть и оборотная сторона: если память освобождается слишком быстро, то время отклика приложений возрастет, так как при вызове приложения, система должна будет сначала закачать его обратно в память, что создаст ощущение медлительности.

Значение swappiness по умолчанию равно 60. Можно изменить его временно (до следующей перезагрузки) командой от имени root:

echo 50 > /proc/sys/vm/swappiness

Если хотите изменить его на постоянной основе, тогда нужно изменить параметр vm.swappiness в файле /etc/sysctl.conf

Заключение

Управление пространством подкачки является важным аспектом системного администрирования. Хорошо спланированный и правильно используемый своппинг дает много преимуществ. Не бойтесь экспериментировать и постоянно ведите мониторинг своей системы, чтобы убедиться, что вы достигли именно того результата, к которому стремились.

Источник

Swap (Русский)

Эта страница дает ознакомление с пространством подкачки и подкачкой страниц в GNU/Linux. Охватывает создание, активацию файлов и разделов подкачки.

Linux делит свою физическую RAM (оперативную память) на кусочки памяти, называемые страницами. Подкачка (swapping) это процесс, когда страницы памяти копируются на предварительно сконфигурированное пространство на жестком диске, называемое пространством подкачки, чтобы освободить эту страницу из памяти. Суммарный размер оперативной памяти и пространства подкачки это количество доступной виртуальной памяти.

Поддержка подкачки обеспечивается ядром Linux и утилитами в пользовательском пространстве из util-linux пакета.

Contents

Пространство подкачки

Пространство подкачки может быть разделом диска или файлом. Пользователи могут создать пространство подкачки во время установки или позднее в любое желаемое время. Пространство подкачки может быть использовано для двух целей, расширить виртуальную память за пределы установленной оперативной памяти (RAM), а также для сохранения данных при гибернации (suspend-to-disk).

Иногда стоит включать Swap в зависимости от установленной оперативной памяти и количества требований для запуска желаемых программ. Если количество оперативной памяти меньше требуемого, тогда стоит включить подкачку. Это позволяет избежать состояния нехватки памяти (OOM), при котором механизм ядра Linux, OOM Killer, будет автоматически пытаться освободить память, убивая процессы. Чтобы увеличить количество виртуальной памяти до требуемого уровня, добавьте необходимую разницу как пространство подкачки. Например, если программа требует 7,5 GB памяти для запуска, а у вас установлено 4 GB оперативной памяти, добавьте разницу 3,5 GB как подкачку. В будущем добавляйте больше пространства к подкачке, учитывая требования. Это вопрос личных предпочтений если вы считаете, что программы должны быть убиты, вместо включения подкачки. Самый большой недостаток в подкачке это снижение производительности, см. раздел #Производительность

Для проверки статуса подкачки, используйте:

free также покажет недостаток памяти, который может быть исправлен включением или увеличением подкачки.

Раздел подкачки

Раздел подкачки может быть создан различными GNU/Linux утилитами разметки. Разделы подкачки обычно обозначаются как тип 82 . Хотя есть возможность использовать разные типы как подкачку, рекомендуется использовать тип 82 , в большинстве случаев systemd, будет автоматически определять его и монтировать (см. ниже)

Для установки раздела как область Linux подкачки, можно использовать mkswap . Например:

Для подключения устройства как подкачку:

Чтобы подключить этот раздел подкачки при загрузке, добавьте запись в fstab:

где может быть получен из команды:

Активация используя systemd

Активация разделов подкачки в systemd базируется на двух различных механизмах. Оба исполняются в /usr/lib/systemd/system-generators . Генераторы запускаются при старте системы и создают нативные systemd юниты для монтирования. Первый systemd-fstab-generator , читает fstab, чтобы генерировать юниты, включая юнит для подкачки. Второй systemd-gpt-auto-generator , осматривает корневой диск, чтобы генерировать юниты. Это операция проходит только на GPT дисках и может идентифицировать разделы подкачки по их тип коду 82 .

Отключение подкачки

Чтобы деактивировать определенное пространство подкачки:

Также можно использовать -a ключ, чтобы деактивировать все пространства подкачки.

С тех пор, как systemd управляет подкачкой, она вновь будет активирована при старте системы, для долговременного отключения автоматической активации найденных пространств подкачки, выполните systemctl —type swap , чтобы найти связанные со .swap юниты и замаскируйте (systemctl mask юнит) их.

Файл подкачки

Как альтернатива к созданию целого раздела, файл подкачки даёт возможность менять свой размер на лету, а также его гораздо легче полностью удалить. Это может быть особенно важно, если дисковое пространство ограничено (например, небольшие SSD)

Вручную

Создание файла подкачки

Использовать под суперпользователем fallocate , чтобы создать файл подкачки размером на свой выбор (M = Mebibytes, G = Gibibytes). Например создание 512 MiB файла подкачки:

Установите права доступа (всеми читаемый файл подкачки это огромная локальная уязвимость)

После создания файла нужного размера, форматируйте его в подкачку:

Активируйте файл подкачки:

В завершении, отредактируйте fstab, добавив запись для файла подкачки:

Удаление файла подкачки

Чтобы удалить файл подкачки, сначала нужно отключить подкачку, а затем файл может быть удален:

В завершении, удалите соответствующую запись из /etc/fstab .

Автоматически

systemd-swap

Установить systemd-swap пакет. Установить swapfc_enabled=1 в Swap File Chunked разделе файла /etc/systemd/swap.conf . Start/enable systemd-swap сервис. Посетить страницу авторов на GitHub для получения подробностей и установить рекомендуемую конфигурацию.

Подкачка с USB устройства

Благодаря модульности, предлагаемой Linux, мы можем иметь множество разделов подкачки на различных устройствах. Если у вас полностью заполнен жесткий диск, то можно использовать USB устройство как временный раздел подкачки. Однако, этот метод имеет серьёзные недостатки:

• USB устройство медленнее чем жесткий диск
• Flash память имеет ограниченное количество циклов записи. Использование его как раздела подкачки, может быстро убить его.

Чтобы добавить USB устройство как подкачку, сначала необходимо разметить USB флешку для подкачки как описано в секции #Раздел подкачки.

Далее откройте /etc/fstab и добавьте

в опции монтирования первоначальной записи подкачки, таким образом USB подкачка будет иметь приоритет записи над старым разделом.

Данная инструкция будет работать и для других устройств хранения, таких как SD карты и т.д.

Шифрование подкачки

Производительность

Операции подкачки как правило существенно медленнее чем непосредственный доступ к RAM. Отключение подкачки полностью для повышения производительности, иногда может привести к ухудшению, поскольку это уменьшает доступную память для VFS кеша, вызывая более частые и дорогостоящие операции ввода/вывода.

Значения подкачки можно настроить, чтобы помочь производительности:

Swappiness

Swappiness sysctl параметр представляющий частоту использования пространства подкачки. Swappiness может иметь значение от 0 до 100, значение по умолчанию = 60. Низкое значение заставляет ядро избегать подкачки, высокое значение позволяет ядру использовать подкачку наперёд. Использование низкого значения на достаточном количестве памяти, улучшает отзывчивость на многих системах.

Чтобы проверить текущее значение swappiness:

Чтобы временно установить значение swappiness:

Чтобы постоянно установить значение swappiness, отредактируйте (создайте) конфигурационный файл sysctl

Чтобы проверить и больше узнать, почему оно так работает, посмотрите эту статью.

VFS cache pressure

Другой sysctl параметр, который действует на производительность подкачки это vm.vfs_cache_pressure , он контролирует склонность ядра к применению памяти, которая используется для кэширования VFS caches, напротив кэширования страниц и подкачки. Увеличение этого значения увеличивает коэффициент с которым VFS caches применяется[2] [устаревшая ссылка 2020-08-06] . Для подробной информации смотри документацию ядра Linux.

Приоритет

Если у вас больше одного файла или раздела подкачки, вы должны учитывать присвоение приоритетного значения (от 0 до 32767) для каждой области подкачки. Система будет использовать области подкачки с высоким приоритетом, перед использованием областей с низким приоритетом. Например, если у вас быстрый диск ( /dev/sda ) и медленный ( /dev/sdb ), назначьте высокий приоритет для подкачки расположенной на быстром устройстве. Приоритет может быть назначен в fstab как pri параметр:

Или как параметр в swapon —priority

Если две или более областей будут иметь одинаковый приоритет и он будет самым высоким из доступным приоритетов, то страницы будут распределяться по кругу между областями.

Использование zswap или zram

Zswap это особенность ядра Linux, обеспечивающая сжатие обратного кэша для страниц подкачки. Она увеличивает производительность и уменьшает операции ввода/вывода. ZRAM создаёт виртуальный сжатый файл подкачки в памяти, как альтернатива файлу подкачки на диске.

Чередование

Нет необходимости использовать RAID для повышения производительности подкачки. Ядро самостоятельно может чередовать подкачку на нескольких устройствах, если вы присвоите им одинаковый приоритет в /etc/fstab . Для подробной информации смотри The Software-RAID HOWTO.

Источник