Для чего нужен раздел swap
Почему линукс использует swap-файл
Эта статья является обзорной и предназначена для того, чтобы дать представление об общих процессах, происходящих в системе, и объяснить, откуда берутся некоторые мифы, следование которым может доставить неприятные моменты
В начале был … вопрос
И когда процесс пытается получить доступ к какой-то странице своей памяти, MMU (memory management unit) процессора фактически производит обращение к той странице физической оперативной памяти, куда страница отображена.
Какие группы страниц памяти живут в системе?
Страницы физической памяти
Свободная — страница физической памяти, которая не используется для хранения данных и может быть свободно использована в любой момент времени
Используемая — страница, хранящая данные, не принадлежащие кэшу
Страница анонимного кэша (anonymous page cache) — страница числится как принадлежащая кэшу, но не закрепленная ни за каким файлом. Очень похожа на используемую страницу (и в определенных ситуациях может превращаться в неё)
Чистая страница кэша (clean cache page)- страница, в которой хранятся закэшированные данные файла, которые не менялись.
Грязная страница кэща (dirty cache page) — страница, в которой хранятся данные файла, которые были изменены (данные в кэше поменяли но на диск изменения не сохранили)
Страница процесса, в свою очередь, также может иметь несколько состояний
Недоступная — процесс не имеет права на доступ к этой странице. Если процесс к ней обращается «неподобающим образом» то получает SEGFAULT
Доступная, сопоставленная физической странице, не принадлежащей кэшу. Процесс может работать с этой страницей
Доступная, сопоставленная физической странице кэша, в которую загружены данные файла. Процесс может работать с этой страницей.
Доступная, не сопоставленная физической странице, но сопоставленная региону какого-либо файла. Прежде чем процесс сможет работать с этой страницей, система должна выделить физическую страницу, отдать ее в кэш, загрузить в нее данные из файла — и после этого процесс сможет с ней работать (потому, что она превратится в предыдущую разновидность)
И сейчас, когда мы более-менее определились с видами страниц, мы переходим к самой интересной части
Работа процесса
Чтобы понять как все эти механизмы связаны и работают, давайте рассмотрим запуск нового процесса. Мы запускаем новый процесс, и система загружает исполняемый файл. Как это происходит?
Система открывает бинарный файл с программой и … Нет, она не читает его. Она отображает файл в адресное пространство процесса — то есть создает записи (например)
Ну да, там всё сложнее — но нам сейчас главное понять идею.
С точки зрения системы, эти логические страницы принадлежат процессу, отображены на какой-то файл файловой системы и не сопоставлены никакой физической странице. И теперь, управление отдается процессу — например вызывается инструкция с какой-то страницы или читаются или записываются данные в страницу.
процессу разрешен доступ
физической странице не сопоставлена (и это логично, иначе бы page fault не возник)
но сопоставлена сегменту файла
указанный фрагмент файла в кэше не обнаружен
Если же в кэше системы уже есть физическая страница, в которой лежат данные из файла в неизменном виде (найдена чистая страница кэша), то страница процесса просто начинает ссылаться на обнаруженную страницу кэша.
Точно такие же процессы происходят для разделяемых библиотек (бинарник программы, на самом деле, тоже фактически разделяемая библиотека, которая просто содержит специальную точку входа).
Второе «примечание»: механизмы работы с отображаемыми в память файлами намного сложнее и если за них браться, эта статья превратилась бы в многостраничный трактат. Но нам сейчас надо понять основные линии поведения системы в стрессовых условиях нехватки RAM
Откуда (и когда) начинается использование swap-файла?
Представим, что мы загрузили большой бинарник с большим количеством библиотек (привет, браузер!) в котором открыли сколько-то вкладок с документами, и исчерпали доступную физическую память. При этом, у нас образуется две больших группы страниц — чистые страницы кэша, сопоставленные разделяемым библиотекам — причем в этих страницах содержится использующийся код (мы ведь помним про то, что библиотеки загружаются «по мере необходимости») и приватные страницы процесса или страницы anonymous page cache (этот механизм часто используется для предварительной аллокации памяти). Но, в обоих случаях, мы можем рассматривать их как данные процесса.
Свободных страниц у нас нет — всё ушло на кэш и данные.
Теперь мы открываем еще одну вкладку, что при этом случается? Чтобы найти память, система вынуждена освободить часть чистых страниц кэша и отдать их под данные приложения — ведь данные которые там лежали, можно снова загрузить с диска (это ведь «чистые» страницы!).
Но в этих страницах был ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ код — иначе бы они не подтянулись в кэш.
А если бы у нас был настоящий swap-файл?
На основе учета частоты обращения к различным страницам, система скорей всего не освободила бы страницу с кодом, а поместила в swap данные наиболее давно не использовавшихся вкладок. И вместо постоянного чтения с диска, у нас случились бы одна запись и одно чтение — причем именно в момент обращения к выгруженной в swap вкладке.
Для этого, пока поднятая из swap-файла страница не поменялась, место, которое страница занимала в swap-файле, будет по возможности за ней удерживаться и не считается «освобожденным» пока страница не изменится. Это означает, что в случае, если у вас большой swap-файл, редко читаемые и не изменившиеся данные могут «уехать в swap» и многократно доставаться оттуда по мере надобности — то есть в нормальной ситуации, swap работает по принципу «одна запись, много чтений«.
А если swap-файл маленький, то начинается «веселье» с постоянным записью-чтением в swap-файл.
Какие выводы можно сделать из всего вышеописанного?
Swap-файл может считаться используемым даже если все данные из него уже подняты обратно в память.
Малый размер swap-файла вреден — он не позволяет системе работать эффективно, поскольку увеличивает объем непродуктивного I/O
Резюме?
Это прекрасно, когда объем оперативной памяти достаточно велик, чтобы вместить и весь необходимый кэш, и данные. Но если у вас бюджетная система с 8 … 16ГБ оперативной памяти (не говоря уж об ультрабюджетных ноутбуках с распаянными и нерасширяемыми 4GB), то swap достаточного объема (не менее 1 x ) это «то, что доктор прописал».
И достаточный размер swap-файла на быстром накопителе (кто сказал NVMe?) на бюджетном ноутбуке может очень хорошо увеличить производительность системы, особенно если вы любитель держать много открытых вкладок, документов, рисунков в графическом редакторе и т.д.
Файл подкачки Linux
В операционной системе Linux, как и в других ОС, файл подкачки нужен для страховки оперативной памяти. Когда установленный объем ОЗУ заканчивается, используется именно выделенная область из файла подкачки. Это может понадобиться в двух случаях:
В последних версиях операционной системы Ubuntu Linux файл подкачки создается автоматически вне зависимости от того, хотите вы этого или нет. При этом его размер составляет около 1 Гб.
Как посмотреть swap в Linux
Используемая команда отображает размер файла подкачки вашей операционной системы. Однако, по ее результатам мы не можем определить – это файл подкачки или раздел подкачки. Поэтому будем использовать дополнительный другую команду, чтобы посмотреть swap linux. Вводим в терминал следующее:
Как видите, в нашем случае под swap выделено 1.4 Гб и это файл. То есть, он находится не на отдельном разделе, а на том же диске, на котором установлена операционная система.
Если это будет отдельный логический том, то под надписью « TYPE » мы увидим слово «partition».
То есть, вместо каких-либо данных о файле подкачки вы увидите нули.
Создание файла подкачки Linux
Если вы удостоверились в том, что файл подкачки отсутствует, можно переходить к его созданию. Пример, приведенный ниже, будет показан с использованием операционной системы Ubuntu 18.04, но работать это должно и на других дистрибутивах Linux.
Шаг 1: Создаем swap файл
Давайте создадим файл подкачки для нашей Ubuntu. Для примера его размер составит 1 Гб. Запустите терминал и введите команду, приведенную ниже:
Для обеспечения безопасности файла обязательно устанавливаем на него нужные права.
sudo chmod 600 /swapfile
При этом вместо «swapfile» мы можем указать любое другое название.
Шаг 2: Создание файловой системы
Создание swap linux ещё не завершено. Теперь необходимо указать нашей операционной системе, что созданный объект должен использоваться как файл подкачки. Для этого мы будем использовать команду, приведенную ниже:
sudo mkswap /swapfile
Если все сделано верно, результат будет выглядеть так:
Шаг 3: Активируем файл подкачки
Хорошо, теперь наш Linux понимает, что это файл подкачки, но этого недостаточно. Нам также необходимо включить SWAP :
sudo swapon /swapfile
Давайте проверим, все ли мы сделали правильно:
Шаг 4. Сохранение изменений после перезагрузки
Все операции, которые мы предприняли выше, временны. Как только компьютер будет перезагружен, они отменятся. Для того чтобы сделать изменения постоянными, нам необходимо дописать кое-какую информацию в /etc/fstab. Для этого поступаем так:
Прежде чем начать работать с файлом, о котором мы говорим, необходимо обязательно создать его резервную копию:
sudo cp /etc/fstab /etc/fstab.back
После этого можно переходить непосредственно к добавлению нужных нам данных. Нам надо добавить в файл такую строчку:
/swapfile none swap sw 0 0
Это реализуется через текстовый редактор, запущенный с правами суперпользователя, либо при помощи введенной в терминал команды:
Готово. Изменения сохранены и файл подкачки не сбросится после перезагрузки операционной системы.
Настройка swappiness
Как видите, в нашем случае «свопинг» установлен как 60. Если же вы хотите поменять swappiness, можете воспользоваться оператором, цифра в конце которого и будет новым значением:
sudo sysctl vm.swappiness=25
Как и в случае с конфигурацией файла подкачки, данный параметр изначально будет временным и обнулится при следующей перезагрузке. Для того чтобы сделать его постоянным, в самом конце файла /etc/sysctl.conf записываем значение vm.swappiness=25.
Для этого можно воспользоваться, например, текстовым редактором, запущенным с администраторскими полномочиями.
Размер swap файла в Linux
Существует сразу несколько вариантов, позволяющих увеличить файл подкачки linux или уменьшить его. Однако, прежде чем их рассмотреть, необходимо напомнить об одном очень важном моменте:
Когда вы полностью отключаете файл подкачки, ваша операционная система использует только ОЗУ и в случае ее нехватки это может привести к полной остановке работы компьютера. Система просто зависнет.
Для того чтобы этого не произошло, в тот момент, когда мы удаляем или изменяем основной файл подкачки, необходимо создать второй, временный swap. Если вы это сделали или уверены в том, что имеющейся оперативной памяти хватит, можно переходить непосредственно к процессу изменения размера файла подкачки. Для этого давайте сначала отключим его:
sudo swapoff /swapfile
Вторым этапом меняем размер файла подкачки, воспользовавшись командой, приведенной ниже. При этом размер вашего swap файла нужно указать вместо параметра 2G (2 гигабайта):
Теперь форматируем полученный файл в файловую систему swap:
sudo mkswap /swapfile
А затем включаем его обратно:
sudo swapon /swapfile
При этом операционная система Linux позволяет использовать сразу несколько swap.
Как удалить файл подкачки в Linux
Если по каким-то причинам файл подкачки вам не нужен, можете удалить его. Для этого сначала надо отключить swap linux:
sudo swapoff /swapfile
Не забудьте установить права на вновь созданный файл подкачки так, как мы описывали это выше.
В заключение
Надеемся теперь концепция файла подкачки в Linux ясна вам на 100%. Можете переходить к практике и проверять наличие swap на вашем компьютере или ноутбуке, его настройке, созданию или даже удалению. Если в результате у вас останутся какие-то вопросы, предложения или замечания, можете задать их нам, воспользовавшись формой комментирования ниже.
Нет похожих записей
Оцените статью:
Об авторе
18 комментариев
>> В последних версиях операционной системы Ubuntu Linux файл подкачки создается автоматически вне зависимости от того, хотите вы этого или нет. При этом его размер составляет около 1 Гб.
Конечно же это не так!
Есть приедложение: вставляй скриншоты именно тех окон, которые необходимы по ходу статьи а не ввесь скриншот твоего рабочего стола, для лучшей читабельности скриншота.
Вообще, автор несколько недоговаривает насчет свапа в GNU/Linux (вероятно, ввиду незнания). Дело в том, что свап нужен не столько для срочного получения памяти, сколько для ровного и эффективного высвобождения памяти. Использовать его в качестве «срочной памяти» в общем случае очень вредно.
И отключение swap не спасает от проблемы дискового ввода/вывода при конкуренции за память — дисковый I/O просто перемещается с анонимных страниц на файловые. Это не только может быть менее эффективным, поскольку остаётся меньший пул страниц, доступных для высвобождения, но и само по себе может способствовать появлению этой высокой конкуренции.
Для чего нужен раздел swap
SWAP – один из механизмов виртуальной памяти, при котором отдельные фрагменты памяти (обычно неактивные) перемещаются из ОЗУ во вторичное хранилище (отдельный раздел или файл), освобождая ОЗУ для загрузки других активных фрагментов памяти.
Более подробно о механизме своппинга можно прочитать в Википедии.
Дополнительно SWAP используется при организации режима сна (hibernation или suspend to disk). При этом в SWAP сохраняется образ оперативной памяти.
Размещение
SWAP может быть размещен на разделе диска, в файле или в RAM. Исторически в Linux SWAP размещался на разделе, но в современных дистрибутивах производительность SWAP-файла не уступает SWAP-разделу. Однако стандартный установщик Ubuntu (до версии 17.04) не умеет создавать SWAP-файл при установке и выдает предупреждение, если SWAP-раздел не определен при разметке диска. Начиная с версии 17.04, Ubuntu предлагает по умолчанию создавать SWAP в файле (объем определяется как 5% от свободного на диске места, но не более 2 Гб). Использование SWAP-файла имеет некоторые преимущества: он не занимает отдельный раздел, его легко создать, изменить его размер или удалить.
Дополнительно при выборе размещения SWAP нужно учитывать, что не все файловые системы позволяют использовать прямую адресацию блоков SWAP-файла. Так, к примеру, нельзя использовать SWAP в файле на разделе с файловой системой btrfs(по состоянию на середину 2017).
Безопасность
При работе с секретными/зашифрованными данными часть этих данных в процессе работы либо при гибернации может оказаться в SWAP в расшифрованном виде. В таких случаях рекомендуется шифровать не только данные, но и сам SWAP. Однако нужно учитывать, что у режима сна при шифровании SWAP могут возникнуть сложности.
Размер
В Интернете можно найти множество рекомендаций по определению размера SWAP, однако универсального ответа не существует.
При определении размера SWAP следует учесть следующие аспекты:
В зависимости от ответов на эти вопросы рекомендации по размеру SWAP будут значительно различаться.
При работе с секретными (зашифрованными) данными стоит либо шифровать SWAP, либо рассмотреть вариант с отказом от SWAP вовсе (зависит от размера оперативной памяти). Стоит также рассмотреть вариант с шифрованием всего диска.
Создание SWAP на разделе диска
Разобравшись с требованиями к SWAP, можно приступить к его созданию или изменению.
Ядро Linux может работать с несколькими частями SWAP. Поэтому если вы решили, что созданного при установке системы SWAP-раздела недостаточно, то стоит создать дополнительный SWAP (выделить место под раздел или файл). Однако нужно учитывать, что для гибернации нужен непрерывный блок SWAP, который должен иметь размер больший, чем оперативная память.
К примеру, у нас есть раздел /dev/sdc2 (ваше имя раздела может отличаться). Создадим на нем необходимую структуру данных для работы SWAP:
Подключим раздел как SWAP:
Проверить результат можно, посмотрев на вывод команды
Сделаем автомонтирование SWAP-раздела при запуске системы. Узнаем UUID раздела:
Теперь пропишем строку в /etc/fstab
SWAP с динамически изменяемым размером
Hibernate (suspend to disk, гибернация)
О настройке режима гибернации можно прочитать здесь.
Параметр vm.swappiness
Скорректировать значение, применяемое при загрузке системы, можно, указав в файле /etc/sysctl.conf значение vm.swappiness. Пример:
Мгновенно применить эту настройку можно с помощью следующей команды:
Актуальное значение, используемое ядром в настоящее время, можно просмотреть или изменить в /proc/sys/vm/swappiness.
Изменения в /proc/sys/vm/swappiness будут сброшены при следующей перезагрузке.
Какое значение выбрать?
Маленькое значение vm.swappiness (минимальное значение: 0) будет заставлять ядро использовать больше оперативной памяти под память процессов (в ущерб буферам и кэшам), тогда как большое значение (максимальное значение: 100) будет выделять больше памяти под кэши и буфера (в ущерб памяти для процессов).
Нужное вам значение, скорее всего, стоит подбирать экспериментально.
SWAP для Linux
SWAP один из важных параметров для стабильной работы операционной системы Linux. Споров о том как правильно использовать в интернете существует масса. Для правильной настройки надо иметь понимание для чего используется ваша система.
Введение
Постараюсь коротко рассказать основные моменты которые надо учитывать и дать практические советы проверенные на личном опыте.
Нужен SWAP или нет?
Однозначно нужен! Можно обойтись и без него, но тогда имейте в виду, что:
Если в первом случае вы можете отказаться от использования режима сна, то во втором никто и никогда не даст вам гарантии что какая-то используемая вами программа не даст сбой и заполнив всю память не повесит систему.
Размер SWAP
Советов по размеру множество, но мы остановимся на советах разработчиков Red Hat (CentOS):
При современных объемах жестких дисков я бы не стал жалеть места на размер SWAP и уверяю вас что экономия места в данном случае может привести к гораздо большим проблемам.
Варианты размещения SWAP
Исторически в Linux SWAP размещался на разделе, но в современных дистрибутивах производительность SWAP-файла не уступает SWAP-разделу и это весьма радует.
SWAP-раздел
Когда вы точно знаете, что размер оперативной памяти меняться не будет и вы точно уверены в размере SWAP разумно выделить раздел при установке системы.
SWAP-файл
Использование файла очень удобно особенно когда нет точного понимания какие будут окончательные аппаратные параметры системы. Файл можно создать в любом удобном месте и необходимым вам размером. Ниже я расскажу как это сделать.
ZRAM и ZSWAP
Вариант с использованием этих вариантов требует наличие хорошего опыт в использовании Linux систем. На мой взгляд данный способ имеет смысл использовать с хорошим знанием системы на которой это будет работать.
ZRAM — это модуль ядра Linux, позволяющий сжимать содержимое оперативной памяти, и таким образом увеличивать ее объем в несколько раз. ZRAM создает сжатое блочное устройство в ОЗУ которое чаще всего используется как swap. При этом степень сжатия данных получается в среднем 3:1. Это означает что на 1 гигабайт подкачки будет использовано в 333 мегабайт физической памяти.
ZSWAP — отличается от ZRAM тем, что использует существующий swap-раздел на диске, а в ОЗУ создаётся пул со сжатыми данными (кэшем). После того как пул до отказа забьётся сжатыми данными, он сбросит их в раздел подкачки и снова начнёт принимать и сжимать данные. По утверждению разработчиков, в их конфигурации при компиляции ядра в ситуации когда происходит свопинг, выигрыш по объему ввода/вывода составил 76%, а время выполнения операции сократилось на 53%. При использовании ZSWAP, используется раздел swap на диске, в ОЗУ хранится только сжатый кэш.
swap (своп) или файл подкачки
Swap (своп) или файл подкачки
Своп (swap) — это файл, либо раздел, т.е. определенное место на жестком диске (HDD), которое используется для «выгрузки» в него неиспользуемых страниц из оперативной памяти. Не зацикливайтесь на словосочетании «страница памяти» — это не столь важно на данный момент, ибо это уже углубление в принципы действия, которые вам не нужны на данном этапе и могут вообще не понадобится.
Стандартный HDD 3,5″ (На фото HDD от Western Digital)
Говоря же простым языком, в своп из оперативной памяти выгружается вся та информация, которая на данный момент не используется и к которой уже какое-то время не обращается ни одна программа. Т.е. своп в каком-то смысле создает дополнительный объем для вашей оперативной памяти, в который выгружается все ненужное на данный момент, но то, что может в скором времени понадобится какой-либо программе.
Думаю, многие знают и понимают, что HDD обладают в разы меньшим быстродействием, чем оперативная память и у вас может возникнуть логичный вопрос — зачем же использовать заведомо более медленное устройство?
Дело тут в том, что не возможно предусмотреть и предугадать объем оперативной памяти на каждом компьютере, а так же количество программ и процессов, которые будут запущены одновременно. Отсюда возникают ситуации, когда на некоторых компьютерах какая-либо программа может работать нормально, а на некоторых компьютерах появится проблема недостатка памяти.
Как раз для решения проблемы недостатка памяти и было придумано организовать специальное место на HDD — своп, в которое бы выгружалась вся ненужная на данный момент информация из оперативной памяти, освобождая место для активных программ и информации, которая используется на данный момент.
Если же к этой выгруженной в своп информации вновь поступает запрос, она загружается обратно в оперативную память, а из свопа удаляется, или просто поверх нее записывается что-то другое. А из-за того, что своп находится в одном и том же месте на HDD, время на поиск нужной информации минимально и не сравнится с процессом поиска, обработки и загрузки этой информации по-новой из директории программы.
С тем, что такое своп и зачем он нужен вроде бы разобрались. =) Надеюсь я не слишком вас утомил, ибо я старался объяснить подробнее и более простым языком, получилось у меня или нет уже вы мне скажете.
Теперь давайте перейдем к настройке самого своп-файла.
Настройки фйла подкачки в OC Windows (Диск E — это отдельный физический HDD)
В операционных системах на базе ядра Linux swap — представляет из себя специальное место на жестком диске, которое создается еще на стадии разметки диска при установке операционной системы. В Windows же дела обстоят иначе, тут swap представляется из себя файл pagefile.sys, который является скрытым системным файлом. Он располагается в файловой системе на одном или на нескольких логических дисках. И тут кроется с одной стороны преимущество, но с другой стороны и недостаток.
Преимущество такого решения в том, что можно мгновенно изменять размер свопа, но значительный недостаток кроется в том, что файл подкачки может фрагментироваться, т.е. разбиться на части, из-за других файлов, находящихся на логическом разделе. Подробнее о фргаментации вы можете прочитать в этой статье.
Поэтому для Windows есть определенный ряд правил и рекомендаций, которые нужно выполнять, если вы хотите что бы ваш компьютер нормально работал и не терял производительность из-за фрагментации своп-файла.
Практические советы по настройке своп-файла (файла подкачки) в ОС Wnidows
1 — Файл подкачки нужно располагать как можно ближе к начальным секторам жесткого диска (HDD), потому что именно в этом месте у большинства HDD самые высокие показатели скорости чтения и записи.
В идеале заняться настройкой файла подкачки нужно как только вы установили систему, пока ваш жесткий диск не забит файлами.
2 — Если у вас несколько логических разделов на жестком диске (HDD), то файл подкачки нужно располагать на первом по счету из них, т.е. как можно ближе к начальным секторам.
3 — Если у вас в компьютере несколько жестких дисков (HDD), то своп-файл нужно располагать на самом быстром из них.
4 — Перед тем, как задавать новый размер файла подкачки обязательно на время удалите файл подкачки (на всех дисках задать — «Без файла подкачки») и проведите дефрагментацию выбранного вами под swap-файл раздела каким-нибудь дефрагментатором (например Defraggler).
5 — Не разбивайте файл подкачки на несколько логических или физических дисков — это только замедлит работу системы.
6 — Не стоит помещать файл подкачки на отдельный раздел, равный ему по размеру и отформатированный в журнальной файловой системе.
Например, в файловой системе NTFS из-за MFT логический раздел делится ровно на две части. Таким образом ваш файл подкачки на таком логическом разделе гарантированно будет разбит на 2 части, а то и более, так же не всегда есть возможность разместить подобный раздел в начале диска. И в конечном итоге вы таким образом ограничите себя в выборе максимального размера файла подкачки.
Какого размера должен быть файл подкачки?
Размер файла подкачки обязательно должен быть фиксированным, т.е. «Исходный размер» и «Максимальный размер» должны быть идентичными. Таким образом мы исключим возможную фрагментацию файла подкачки при разрастании от «Исходного» до «Максимального» размера.
Объем RAM Размер swap-файла
256МБ 1024МБ
512МБ 2048МБ
1024МБ-2048МБ 4096МБ
3072МБ-4096МБ 6144МБ-8192МБ
8192МБ и более можно указать минимальный размер (по-сути он не нужен, но
многие программы требуют его наличия)