SWAP - czy jest mi potrzebny?

Wprowadzenie

Przestrzeń wymiany (swap) była często marginalizowana. Część użytkowników i administratorów systemów uważało, że całkowite wyłączenie swap nie jest złą praktyką, szczególnie na serwerach z dużą ilością RAM. Na podstawie świetnego wykładu i artykułu Chrisa Downa o SWAP, przedstawię kilka wniosków.

Dlaczego to ważne?

Główna wartość przestrzeni wymiany nie polega na prostym rozszerzeniu dostępnej pamięci, ale na zapewnieniu systemowi operacyjnemu większej elastyczności w zarządzaniu pamięcią. Oto kluczowe punkty:

1. Rozróżnianie pamięci aktywnej i nieaktywnej

Linux, kategoryzuje strony pamięci jako aktywne lub nieaktywne. Nieaktywne strony to te, które nie były używane przez dłuższy czas i są kandydatami do przeniesienia do swap'a. Pozwala to systemowi efektywniej wykorzystywać fizyczny RAM dla aktywnie używanych danych.

2. Zapobieganie sytuacjom braku pamięci (OOM) ⚠️

Brak partycji swap zwiększa ryzyko wystąpienia sytuacji OOM, gdy system nie ma wystarczającej ilości pamięci do przydzielenia dla krytycznych procesów. Mechanizm OOM killer w Linuksie może wtedy zakończyć losowe procesy, często te najbardziej zasobożerne, ale niekoniecznie najmniej istotne.

3. Usprawnienie zarządzania pamięcią

Swap umożliwia:

• przenoszenie rzadko używanych stron pamięci na dysk
• zwiększenie pamięci dostępnej na bufor i pamięć podręczną plików
• bardziej elastyczne zarządzanie przydziałem pamięci

Popularne mity na temat swap

Jest ich kilka i niektóre wciąż są używane jako argumenty, szczególnie poza społecznością administratorów:

Mit 1: "Swap spowalnia system"

To nie sam swap jest problemem, ale nadmierne przełączanie między RAM a dyskiem (tzw. thrashing). Odpowiednio skonfigurowany swap nie powoduje znaczącego spowolnienia systemu, ponieważ przenosi tylko rzadko używane strony pamięci.

Mit 2: "Na nowoczesnych systemach z dużą ilością RAM swap jest niepotrzebny"

Nawet w systemach z dużą ilością pamięci fizycznej, swap oferuje korzyści związane z klasyfikacją i priorytetyzacją stron pamięci. System może lepiej wykorzystać dostępny RAM, przenosząc nieaktywne dane do przestrzeni wymiany.

Mit 3: "Wyłączenie swap zwiększa wydajność"

W rzeczywistości całkowite wyłączenie swap może:

• Zmniejszyć pamięć dostępną na bufor i pamięć podręczną plików
• Zwiększyć częstotliwość występowania OOM
• Ograniczyć elastyczność jądra w zarządzaniu pamięcią

flowchart TB

    subgraph APPS["Applications"]
        direction LR
        A1[Application 1]
        A2[Application 2]
        A3[Application 3]
    end

    subgraph OS["Operating System"]
        direction TB
        RAM[("RAM")]
        SWAP[("SWAP")]

        subgraph MM["Memory Management"]
            direction LR
            MGR[Memory Manager]
            PS[Page Scheduler]
            VMM[VM Manager]
        end

        subgraph STR["Memory Strategies"]
            direction TB
            ACTIVE[Active Pages]
            INACTIVE[Inactive Pages]
            SWAPPINESS[vm.swappiness]
            PRESSURE[Memory Pressure]
        end
    end

    APPS --> MGR

    MGR <--> RAM
    MGR <--> VMM
    VMM <--> PS
    PS <--> SWAP

    ACTIVE <--> INACTIVE
    INACTIVE --> PS
    SWAPPINESS --> PS
    PRESSURE --> PS

    RAM <-.-> |"Inactive pages"| SWAP
    SWAP <-.-> |"Restored pages"| RAM

    %% Dark mode compatible colors
    classDef default fill:#2a3144,stroke:#8494c1,stroke-width:1px,color:#e1e7f5
    classDef app fill:#2c415c,stroke:#81a6cc,stroke-width:1px,color:#e1e7f5
    classDef appsBox fill:#243447,stroke:#6d84b0,stroke-width:1px,color:#e1e7f5
    classDef ram fill:#3c394c,stroke:#a99ec3,stroke-width:2px,color:#e1e7f5
    classDef swap fill:#2d4250,stroke:#83adc3,stroke-width:2px,color:#e1e7f5
    classDef manager fill:#30483c,stroke:#82b5a2,stroke-width:1px,color:#e1e7f5
    classDef strategies fill:#413c36,stroke:#bfaa91,stroke-width:1px,color:#e1e7f5

    class A1,A2,A3 app
    class APPS appsBox
    class RAM ram
    class SWAP swap
    class MGR,PS,VMM manager
    class STR,ACTIVE,INACTIVE,SWAPPINESS,PRESSURE strategies

Optymalna konfiguracja

Kluczowym parametrem wpływającym na zachowanie swap jest vm.swappiness. Ten parametr kontroluje, jak agresywnie jądro będzie przenosić strony pamięci do przestrzeni wymiany.

Zalecenia dotyczące swappiness

• domyślna wartość w większości dystrybucji Linuxa to 60
• niższe wartości (10-30) są zalecane dla serwerów produkcyjnych
• bardzo niskie wartości (0-1) mogą być używane, ale nie wyłączają całkowicie swap

Danger

Wartość 0 oznacza, że system maksymalnie unika używania swap
do momentu, gdy jest to absolutnie konieczne (np. gdy RAM jest prawie całkowicie zapełniony).

Rozmiar przestrzeni swap

Tradycyjne zalecenia sugerowały swap równy 2x RAM, ale w nowoczesnych systemach z dużą ilością pamięci nie jest to praktyczne.

• 🟡 mało RAM (< 4GB): 1.5-2x wielkość RAM
• 🟢 średnio RAM (4-16GB): 1x wielkość RAM
• 🔵 dużo RAM (> 16GB): 0.5x wielkość RAM lub mniej, ale nie zero

Wnioski 📝

Podsumowując wykład Chrisa Downa i osobiste doświadczenia, przestrzeń wymiany jest cennym narzędziem w zarządzaniu pamięcią systemu, którego nie należy całkowicie wyłączać. Zamiast tego powinien być odpowiednio skonfigurowany, aby osiągnąć optymalną równowagę między wydajnością a stabilnością systemu.

W czasach, gdy dyski stają się coraz szybsze (szczególnie SSD i NVMe), koszt korzystania ze swap jest niższy niż przed laty, podczas gdy korzyści z elastycznego zarządzania pamięcią pozostają znaczące.

Source

Omawiany wykład i artykuł jest dostępny na https://chrisdown.name/2018/01/02/in-defence-of-swap.html i zawiera bardziej szczegółowe analizy i zalecenia.