Swap - когда RAM кончается

Что это

Когда RAM кончается, у ядра есть выбор:

1. Выкинуть clean страницы page cache (можно перечитать с диска)
2. Записать грязные anonymous-страницы (heap процесса) на диск и освободить RAM - это swap-out
3. Если ни то ни другое не дало места → oom-killer

Swap не делает систему быстрее. Он делает её возможной в условиях «RAM кончилась, но работа должна продолжаться».

Swap partition vs swap file

Раньше - отдельный раздел. Сейчас на современных дистро - обычно файл:

# Создать swap-файл 4 GB

sudo fallocate -l 4G /swapfile

sudo chmod 600 /swapfile                # права обязательно жёсткие

sudo mkswap /swapfile

sudo swapon /swapfile

# Постоянно - в /etc/fstab

echo '/swapfile none swap sw 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

Раздел:

sudo mkswap /dev/sdb2

sudo swapon /dev/sdb2

# fstab: UUID=... none swap sw 0 0

Просмотр

swapon                                  # активные swap-устройства/файлы

cat /proc/swaps                         # то же из ядра

free -h                                  # колонки used/free/total для swap

vmstat 1                                # si/so = swap-in/out в KB/s

cat /proc/meminfo | grep -i swap

Формат swapon:

NAME       TYPE       SIZE  USED  PRIO

/swapfile  file       4G    300M  -2

/dev/sdb2  partition  8G    1.2G  -3

PRIO - приоритет; чем выше число, тем раньше используется. Несколько swap'ов с одинаковым PRIO работают как RAID-0.

vm.swappiness

cat /proc/sys/vm/swappiness     # default 60 (на ноуте) или 30 (на сервере)

• 0 - почти не свопить anonymous-страницы; жди пока кончится
• 60 - баланс (default desktop)
• 100 - свопь агрессивно

На прод-серверах БД часто ставят 1-10 - чтобы heap БД не уходил в swap (БД своим bufferpool управляет лучше ядра).

echo 'vm.swappiness = 10' | sudo tee /etc/sysctl.d/99-swappiness.conf

sudo sysctl --system

Когда swap полезен

• Burst-память при импорте - раз в неделю прилетает 10GB job, RAM 8GB, но job медленный и редкий → пусть свопится
• Hibernate (suspend-to-disk) - нужен swap >= размер RAM
• Безопасность от OOM-kill - лучше медленно, чем убить критичный процесс
• Виртуалки - гость сам не знает что ему дают; swap страховка

Когда swap ВРЕДЕН

• Latency-sensitive сервисы - подкачка страницы стоит миллисекунды, SLA рушится. Лучше OOM-kill и redeploy.
• БД - управляются bufferpool'ом, ядро не знает что важно
• Контейнерные ноды k8s - k8s рассчитывает на «нет swap'а»; с swap'ом метрики и QoS ломаются. До k8s 1.22 swap обязательно отключать.

Thrashing

Если процесс активно использует больше памяти чем RAM, ядро бесконечно свопит туда-обратно. Признаки:

• vmstat 1 - si/so высокие (десятки тысяч KB/s)
• top - процессы в state D, load-average зашкаливает
• iowait 90%+
• Система фактически не отвечает

Лечение: убить процесс, отключить swap, поставить лимит cgroups, или добавить RAM.

Отключение

sudo swapoff -a                          # все swap'ы

sudo swapoff /swapfile                    # конкретный

sudo rm /swapfile                         # если файл, удалить

# И убрать строку из /etc/fstab

swapoff может занять минуты - нужно сначала вернуть всё в RAM.

zram - swap в сжатой памяти

Альтернатива: вместо swap'а на диск - сжатый блок RAM. Меньше IOPS на диск, быстрее, но занимает RAM:

sudo modprobe zram

echo lz4 | sudo tee /sys/block/zram0/comp_algorithm

echo 2G | sudo tee /sys/block/zram0/disksize

sudo mkswap /dev/zram0

sudo swapon -p 100 /dev/zram0           # высокий приоритет - используется первым

Default на Fedora, ChromeOS, многих embedded дистро.