Správa využití swap v Linuxu

I zkušeným linuxákům se může stát, že jim systém začne zaostávat při použití odkládacího prostoru nebo se vyskytnou problémy s nedostatkem paměti v systému Linux. Obvyklou radou je „snížit hodnotu swappiness“, a omezit tak využití odkládacího (swap) prostoru. Ale co je swappiness? A je opravdu dobré se v tom „hrabat“?

Co je to swap?

Když běží multitasking v operačním systému z fyzické paměti, nelze spustit nové procesy nebo přidělit více paměti existujícím procesům. Chcete-li tento problém vyřešit, můžete si vytvořit speciální blok s prostorem na lokálním úložišti (často pevný disk). Ten je pak využívám jako dočasná holdingová oblast pro procesy, které aktuálně neběží. V operačním systému je neaktivní proces „odswapován“ z paměti a na pevný disk. Tím se uvolní paměť pro nové úlohy. Když se neaktivní proces stane opět aktivním, je předán zpět z lokální paměti do paměti fyzické. Tento postup je znám jako swapování.

Swappiness

V Unixových systémech existuje hodnota zvaná swappiness, která určuje, jak bude nakládáno se stránkováním v paměti. Jeho výchozí hodnota je u většiny systémů „60“, ale může být nastavena na jakoukoliv v rozmezí 0 až 100. Dochází-li paměť, jádro buď „vystěhuje“ některé soubory z RAM a uvolní místo pro procesy nebo vymění některý stránkovací proces z paměti RAM na disk.

Bude-li použita nižší hodnota než výchozích 60, bude pravděpodobně uvolněno více cache I/O pro přerozdělení RAM. Snižování vyrovnávací paměti je považováno za méně náročné, zatímco záměna stránkování vyžaduje čtení z disku a zápis, což je náročnější. Při hodnotě „60“, bude použití swap o něco nižší, než opětovné použití cache. Pokud se hodnota swappiness zvýší na 100, výměna a vyčištění souborů z mezipaměti bude mít stejnou úroveň. To znamená větší swap a rychlejší I/O než ve výchozím nastavení. Nižší hodnota jak „10“ znamená, že swap bude použit mnohem méně a cache I/O může být mnohem dříve vyčištěna ve prospěch procesů. To by mohlo zvýšit interaktivitu, ale může se snížit rychlost I/O.

Snížení swappiness

Často je na webových stránkách a fórech jako rada doporučeno snížení swappiness na hodnotu „10“. Má to urychlit udržování více procesů ve fyzické paměti RAM pomocí snížení výměny. Tato logika je však poněkud jednoduchá a nemusí vždy být jediným řešením pro všechny problémy.

Snížení hodnoty swappiness je dobré v následujících situacích:

• Pro systémové databáze nebo pokud používáte hodně aplikací náročných na databáze. Databáze obecně zpracují soubor v mezipaměti lépe než aplikace odkázané na OS. Pokud snížíte swappiness, omezíte ukládání souborů do mezipaměti operačního systému, a tím dáte šanci dané databázi zpracovat se svou vlastní cache.
• Pro interaktivitu: Pokud je multitaskingu hodně, může se zlepšit zpracování více souborů nebo otevření rozsáhlých dokumentů tak, jak to umožňuje váš systém. Bude zapsáno méně procesů na disk a přístup k RAM bude mnohem rychlejší, čili váš počítač „pojede“ rychleji. Také je třeba mít na paměti, že to může snížit výkon I/O. Máte-li pomalé disky nebo pracujete-li intenzivně s I/O, může dokonce dojít ke snížení výkonu.
• Pro placebo: Mnozí uživatelé jsou přesvědčeni, že nižší swappiness jim zrychlilo systém. Vcítíte-li se do toho, že váš systém je rychlejší, můžete to tak také vnímat (placebo efekt).

Mějte však vždy na paměti, že klesající swappiness může mít za následek pád systému díky zabíjení procesů s cílem uvolnit paměť. Snížení swappiness bude nejlepší, pokud máte k dispozici dostatek paměti RAM pro hladké spuštění systému. Proto byste měli mít hodnotu swappiness vždy raději nad „10“.

Zvýšení swappiness

Zvýšení swappiness může mít obecnou výhodu v urychlení I/O. I když to není častá rada, zvýšení swappiness může přijít vhod, pokud:

• Provádíte náročné I/O operace a máte pomalé, staré pevné disky. Například provedení zálohy nebo dávková editace obrázků mohou být náročné na I/O (Výjimkou jsou databáze, které jsou sice náročné na I/O, ale umí využít nižší hodnotu swappiness, jak jsme si popsali výše).
• Máte-li nedostatek paměti, ale relativně rychlé disky. V tomto nepravděpodobném scénáři může vyšší hodnota swappiness pomoci efektivněji zvládnout paměť (i když nastavení příliš vysoké hodnoty může opět znamenat ztrátu výkonu).

Jak spravovat swappiness

Za prvé, měli byste zvážit, zda vůbec tuto hodnotu potřebujete měnit. Máte problémy s výkonem? A co je důležitější, zkoušeli jste jiná systémová vylepšení? Pokud ne, je asi lepší hledat problém nejprve někde jinde. Ale pokud máte na mysli konkrétní scénář, možná chcete vědět víc.

Další otázka, jak moc je využit váš swap? To můžete zjistit pomocí jakéhokoliv monitorovacího nástroje pro výkon nebo zadáním příkazu free v terminálu. Příkaz free -m vám zobrazí přehled o využití paměti v megabajtech. U kontinuálního monitorování možná využijete příkaz watch.

Výstup příkazu free -m vypadá nějak takto:

Jak vidíte výše, v mém systému není swap vůbec používán.

Teď, když máte zkušenosti se swapowáním, budete možná chtít vědět, jaká část je aktivní. Příkaz vmstat 1 vám zobrazí vše, co potřebujete vědět o využití virtuální paměti vašeho systému (swap i fyzická RAM dohromady). Proces zastavíte stiskem kláves Ctrl+C.

Je třeba zkontrolovat sloupec swap, kde si znamená „swap in“ a so znamená „swap out“. Pokud jsou čísla vysoká, znamená to, že výměnná činnost je velká, což je ukazatelem problému s nedostatkem paměti. Vidíte-li malé množství aktivního swappingu po zadání příkazu free , může to být způsobeno laděním swappiness.

Je také dobré provést i další benchmarky, jako je I/O disku, průměrné zatížení atd., takže než zadáte novou hodnotu swappiness, máte něco k porovnání.

Chcete-li si nejprve vyzkoušet jinou hodnotu swappiness, můžete si jí dočasně nastavit pomocí příkazu sysctl. Nepotřebujete restart a efekt je okamžitý. Ve skutečnosti se restartem obnoví výchozí hodnota, takže můžete zcela bezpečně experimentovat:

Samozřejmě, namísto „10“  si můžete zadat jinou hodnotu (mezi „0“ a „100“).

Poté, co jste nalezli svou správnou hodnotu, můžete trvale změnit konfiguraci systému úpravou souboru „/etc/sysctl.conf“

a přidat řádek:
#Hodnota swappiness
vm.swappiness=10

na konec tohoto souboru, s hodnotou nastavenou podle vašich preferencí, samozřejmě.

Závěr

Snížení swappiness na hodnotu „10“ je často doporučováno jako jediné správné řešení na vše, ale skutečné využití této techniky může být trošku složitější. Vytvořením správných měřítek pro váš konkrétní systém, a to, co od něj očekáváte si můžete nastavit jemným doladěním používání vašeho swapu a dosáhnout tak požadovaného výkonu (buď zvýšit interaktivitu nebo I/O).