Perguntas e respostas sobre o SWAP

No decorrer dos anos, tenho colecionado algumas perguntas sobre o recurso de SWAP, ou área de troca, no Linux.
As perguntas surgiram de alguns artigos sobre o assunto, neste site.
Não tenho a intenção de repetir o que já escrevi (eu não quero ser chato, obviamente) — mas quero responder o que não respondi.
Este post é voltado para usuários novatos e, portanto, não vai abordar técnicas complexas ou usar termos “mais rebuscados” — para isto, há alguns links, no decorrer do texto, para outros posts onde é possível obter informações mais aprofundadas.
Sinta-se à vontade para expôr dúvidas básicas e adicionais ou compartilhar sua experiência, na sessão de comentários.
Disco rígido

O que é o swap

Área de troca ou swap é um espaço em disco que, em conjunto com a memória física (RAM), faz parte do sistema de memória virtual.
A área de troca guarda temporariamente as páginas de memória inativas.
Este espaço é usado quando o sistema percebe que precisa de mais memória física (além da que se encontra disponível) para os processos ativos e para os dados que estão em uso.
O swap pode ficar em uma partição dedicada do disco rígido (o que é recomendado), em um arquivo de swap ou em uma combinação dos dois.
Seu principal defeito é que seu tempo de acesso é muito lento.
Se comparar a velocidade da memória RAM com as taxas de transferência dos discos rígidos mais rápidos, o swap é extremamente lento, para ser usado como memória.
Trata-se de um paliativo e não, exatamente, uma solução.
Se o seu sistema está fazendo uso intenso do swap, você deveria pensar em adquirir mais memória RAM.
Disco rígido, HDD

Por que necessitamos de SWAP

Há várias situações em que o seu sistema pode recorrer ao uso do swap.

  • Programas consomem memória.
    Alguns programas consomem muita memória — o que pode fazer com que o sistema necessite, temporariamente, de uma quantidade extra de espaço na memória RAM.
    Parte dos recursos, das informações ou páginas usadas por programas podem não estar mais sendo utilizadas. Neste caso, o sistema pode movê-las para a área de troca, liberando memória RAM para as tarefas ativas.
  • O recurso de hibernação ou suspend-to-disk funciona gravando o conteúdo da memória RAM na partição, antes de desligar a máquina.
    Para isto ocorrer, é necessário que o espaço alocado para o swap seja do tamanho (pelo menos) da sua memória RAM.
  • Circunstâncias ou eventos imprevisíveis, de vários tipos (o que inclui programas com “mau comportamento”) podem ocupar uma grande quantidade de memória. Neste caso, é bom ter um espaço extra para “manobrar” dentro do sistema.
  • Otimizar o uso da memória do sistema, uma vez que os discos rígidos são consideravelmente mais lentos do que a RAM. Isto ocorre por que o acesso aos dados envolve a movimentação de partes mecânicas, no caso dos HDs.
    Ainda que você considere o uso do swap em uma unidade de estado sólido (ou SSD – Solid State Drive), ela ainda será significativamente mais lenta que a memória RAM.
    Deixar o gerenciamento de memória do sistema para o Linux resolver, costuma ser a melhor política.
    O Linux carrega os arquivos para a RAM e os mantém lá para uso posterior. Os arquivos armazenados na RAM podem ser disponibilizados instantaneamente.
    Há porções da RAM separados para para acelerar a leitura dos dispositivos de armazenamento auxiliares (leitores de CD/DVD/Bluray, cartões de memória, USB etc) — e são chamadas de cache.
    A função do sistema de cache, é armazenar em RAM, dados que estão sendo lidos dos dispositivos auxiliares, para que possam ser acessados mais rapidamente.
    Uma vez que o caching é uma das melhores formas de agilizar as tarefas, o Linux prefere mover dados pouco usados para o swap, em função de liberar mais memória para o sistema de cache — que é uma solução mais eficiente.
  • O sistema de gestão da memória, no Linux, é comprovadamente excelente. O aperfeiçoamento deste sistema, contudo, pode ser feito através de ajustes, que o adequem às necessidades específicas das aplicações que você estiver rodando.

  • Otimizar a performance do próprio swap. Já que este também usa o disco rígido ao mesmo tempo que todo o resto do sistema, pode causar gargalos e afetar seriamente a performance do sistema.
    Uma das formas de evitar este problema é manter a área de troca em um drive físico diferente — para evitar a competição por recursos entre os aplicativos e o sistema de swap.

Qual o tamanho ideal do swap

Em distribuições populares, como o Ubuntu, Debian, Fedora etc. instaladas em máquinas com menos de 1 GB de memória física (RAM), o tamanho do swap deve ser equivalente à quantidade de memória.
Se você tiver muito espaço no disco rígido, pode configurar o sistema para usar mais swap, até um teto equivalente ao dobro da capacidade de memória física.
A partir deste valor, não há benefícios significativos.
Se você precisa de um swap maior do que o dobro da capacidade de memória RAM, você deveria investir em aumentar a quantidade de memória física do sistema.
Geralmente, se algo demora 1 segundo para ser feito dentro da memória RAM, levaria 15 minutos para ser feito a partir do disco rígido. Mesmo em um SSD rápido, o trabalho ainda levaria mais de um minuto.
É seguro acompanhar a tabela abaixo, para computadores com até 1 GB de memória RAM:

Quantidade de RAM Sem hibernação Com hibernação Máximo
(Valores em MB)
256 256 512 512
512 512 1024 1024
1024 1024 2048 2048

Trocando em miúdos, configure o tamanho do swap para ser igual ao da memória física da sua máquina, se não for usar o recurso de hibernação. Se for usar o recurso, configure o swap para o dobro da memória física.
Para computadores, com maior quantidade de memória, use os valores da tabela a seguir.

Quantidade de RAM Sem hibernação Com hibernação Máximo
(Valores em GB)
1 1 2 2
2 1 3 4
3 2 5 6
4 2 6 8
5 2 7 10
6 2 8 12
8 3 11 16
12 3 15 24
16 4 20 32
24 5 29 48
32 6 38 64
64 8 72 128
128 11 139 256

Estas tabelas demonstram o quanto é indesejável inflar a área de troca no Linux — use apenas o necessário.
Geralmente, o recurso de hibernação não faz sentido em servidores. Portanto, podem usar a quantidade mínima de espaço na área de troca.

O que é mais rápido? Usar uma partição exclusiva para swap ou usar um arquivo swap?

Na perspectiva do usuário final, em kernel de versão superior a 2.6.x, arquivos de swap e partições de swap têm o mesmo desempenho de velocidade.
A limitação dos arquivos de swap é que precisam ter seus blocos todos contíguos para obter o melhor desempenho.
A fragmentação não é um problema pro kernel — na verdade, o sistema de swap pode englobar partições, arquivos, drives USB etc. todos de uma vez.
O kernel mantém um mapeamento com a localização de cada dispositivo e o acessa diretamente, ignorando o cache e o sistema de arquivos.
Embora não seja um problema, esta situação concorre para a redução do desempenho.
A documentação da Red Hat recomenda que você use partições exclusivas para swap, portanto.
Quando a partição exclusiva para swap reside em disco rígido (HDD), que é um dispositivo magnético e rotativo, é possível tirar vantagem da localização contígua e desfragmentada dos dados — o que proporciona um tempo de busca menor.
Contudo, é mais fácil administrar os arquivos de swap: você os pode colocar onde quiser; é fácil redimensionar etc.

Podemos usar o swap em uma unidade SSD?

As pessoas costumam ver este cenário como problemático, por 2 motivos:

  1. por acreditar que o swap é muito usado no seu sistema, causando um grande fluxo de dados — intensa atividade de leitura e escrita e
  2. por acreditar que as unidades SSD não suportam um grande número de eventos de leitura e escrita

O fato é que, no Linux, o swap é muito pouco usado. Em um sistema com quantidade adequada de memória para as suas aplicações, há poucas possibilidades de se chegar a usar o swap.
Ainda neste post, mostro como saber a quantidade de swap que você está usando no sistema.
Ainda que fosse muito usado, como no Windows, ainda assim se recomenda deixar o swap no SSD.
As unidades SSD atuais suportam uma grande quantidade de operações de leitura e escrita — o suficiente para você não precisar se preocupar com o suposto desgaste.
Some a isto o fato de que as partições swap do Linux, por padrão, executam operações de trimming, quando o dispositivo de bloco tem suporte ao TRIM.
Portanto, a resposta é sim. Se você tem uma unidade SSD atual, com espaço para uma partição ou arquivo de swap, é recomendado usá-lo.

O que é o swapiness?

O parâmetro de controle swapiness dita a tendência do kernel a mover processos da memória física para o swap (arquivo ou partição).
Como já se sabe, discos são muito mais lentos do que a memória RAM.
Portanto, quanto mais o sistema usa a área de troca em disco, mais lento ele se torna.
O swapiness regula esta relação entre o uso da memória física e o swap:

  • pode ter um valor entre 0 e 100
  • ao definir o valor 0 para o swapiness, você diz pro kernel para só mover processos da memória física para a área de troca em último caso
  • ao definir o valor 100 par o swapiness, você diz ao kernel para mover agressivamente processos da memória física para o swap

Nas principais distribuições GNU/Linux, como Ubuntu, Debian, Fedora etc. o valor padrão do swapiness é igual a 60.
No artigo Como melhorar a performance do Ubuntu, reduzir o valor do swapiness é apontado como uma das medidas a ser adotada para melhorar o desempenho geral do sistema.
No site oficial (veja links ao final do texto) da comunidade e suporte ao Ubuntu, há uma recomendação para usar swapiness=10 em instalações de uso normal.
Para verificar o valor atual do swapiness no seu sistema, use o seguinte comando:

cat /proc/sys/vm/swappiness

Se você quiser saber mais sobre este assunto e aprender a alterar o swapiness, leia o texto Reduza o uso do swap e melhore o desempenho do Linux.
Memória RAM

Por que o Linux não está usando o swap?

É possível saber quanto do swap está sendo usado em seu sistema com o comando free:

free -h
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:          7,5G       3,5G       4,0G       403M        90M       1,7G
-/+ buffers/cache:       1,7G       5,8G
Swap:          15G         0B        15G

Neste momento, no meu sistema 0 bytes estão sendo usados pelo swap.
A resposta mais simples para esta situação é: se o sistema não está usando, é por que não é necessário.
Contudo, você pode alterar o quadro se abrir vários aplicativos vorazes por recursos da memória do sistema — como o Gimp, o LibreOffice, o Audacity etc).
Depois disto, rode o comando free mais uma vez.
Incrementar o valor do swapiness, como já foi explicado antes, pode ser uma forma mais agressiva de aumentar o uso do swap.
Lembre-se também que o Linux usa o recurso durante a hibernação — onde ele grava o estado atual da memória do sistema.
Você pode também verificar se há e qual é a partição swap no seu sistema, com o comando fdisk:

sudo fdisk -l | grep swap
[sudo] password for justincase: 
/dev/sda1  *        2048  31999999  31997952  15,3G 82 Linux swap / Solaris

Como esvaziar o swap

Mesmo tendo uma grande quantidade de RAM e mesmo que você esteja usando um valor baixo para o swapiness, ainda é possível que o seu sistema recorra ao swap, em algum momento.
Se isto acontecer, você pode manualmente esvaziar esta área.
Só para ficar claro, este procedimento é totalmente desnecessário e você nunca deveria se preocupar em esvaziar a área de troca do seu sistema — o próprio Linux se encarrega de fazer isto automaticamente.
Os próximos passos necessitam de privilégios administrativos para serem realizados:

  1. Inicie o seu editor favorito para criar o script swap2ram.sh. Eu vou guardar o meu script em ‘/usr/local/sbin/’. Você pode gravar o seu onde quiser. Apenas tome o cuidado para adequar as instruções deste post ao que você vai realizar aí.
  2. O conteúdo do script é o que segue:
    #!/bin/sh
    
    mem=$(LC_ALL=C free  | awk '/Mem:/ {print $4}')
    swap=$(LC_ALL=C free | awk '/Swap:/ {print $3}')
    
    if [ $mem -lt $swap ]; then
        echo "ERRO: não há espaço suficiente em RAM para transferir o conteúdo do swap. Não é possível prosseguir." >&2
        exit 1
    fi
    
    swapoff -a && 
    swapon -a
    
    
  3. Após gravar o seu script, torne-o executável:
    sudo chmod +x /usr/local/sbin/swap2ram.sh
    

Basicamente, o script /usr/local/sbin/swap2ram.sh compara a quantidade de memória RAM disponível e o tamanho do swap.
Se houver espaço suficiente na primeira, o script prossegue com a desativação (swapoff) e ativação (swapon) da área de troca.


Imagens: http://www.pixabay.com.

Referências

https://lkml.org/lkml/2006/5/29/3.
https://en.wikipedia.org/wiki/Paging#Linux.
https://help.ubuntu.com/community/SwapFaq.
https://access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/5/html/Deployment_Guide/ch-swapspace.html.

Publicado por

Elias Praciano

Autor de tecnologia (livre, de preferência), desenvolvedor web e geek, nos mais diversos assuntos. Entusiasta de software livre e hacker de LEGO, acredito em repassar meu conhecimento e ajudar as pessoas sempre que for possível.

5 comentários sobre “Perguntas e respostas sobre o SWAP”

  1. Parabéns Elias. Excelente artigo. Porém tenho uma dúvida. Estou pensando em ter duas distribuições linux (dual boot) na minha máquina. Preciso ter duas partições de swap. Uma para cada distribuição, ou elas podem compartilhar a partição swap já que será sempre executada uma por vez? Obrigado.

  2. Boa noite.

    Vi que citou como referencia a pagina da wiki do Ubuntu, onde encontrei a também a tabela é uma para os tamanhos do swap, mas uma duvida que tive é baseado em que estes valores foram definidos.
    Tem ideia do que fundamenta estas informações e como chegaram a estes valores?

    *Parabéns pelo blog.

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