Como trabalhar com vários arquivos ou partições de swap no Linux

Algumas pessoas precisam dividir seu espaço de troca ou memória virtual em diversos dispositivos físicos ou arquivos.
O recurso do swap, no Linux, é bastante maleável e flexível neste ponto.
É comum adquirir um computador e separar uma partição para o swap baseado na quantidade de memória presente no sistema.

Acrescentar um disco rígido ou um outro pente de memória, podem motivar a alteração na sua configuração de swap.

Por outro lado, fazer upgrade de hardware também é comum para muitos usuários.
Ao acrescentar memória RAM, suas necessidades para swapping mudam.
Instalar um SSD no sistema, ao lado do HDD, torna possíve aproveitar o recurso de hardware novo para obter melhor desempenho em tarefas pesadas.
Por estes e outros motivos você pode se ver forçado ou tentado a querer alterar a configuração do seu sistema de memória virtual.


Por favor, leia o artigo Perguntas e respostas sobre o swap, caso ainda restem dúvidas sobre o assunto.
Naquele artigo, há uma tabela com a relação entre quantidade de memória e tamanho de swap adequado — caso você tenha dúvidas sobre este quesito também.

Como configurar o fstab para as suas partições de swap

Não há segredo para configurar o swap no fstab.
Trata-se de um tipo especial de sistema de arquivos e geralmente segue a mesma configuração em todos os sistemas.
Esta é uma configuração modelo do swap, no fstab:

/dev/hda6   swap     swap   defaults        0   0

É seguro adotar este modelo para todas as partições e arquivos swap presentes no seu sistema. Faça apenas as alterações necessárias para refletir a sua situação.
Para fazer com que o fstab tenha efeito, você precisa reiniciar o sistema ou usar o comando mount:


sudo mount -va

Você também pode usar o comando swapon para ativar imediatamente um arquivo ou partição swap:


sudo swapon /dev/sdb2 /dev/sda2

Indique, para o swapon, todas as partições/arquivos swap presentes, que você queira usar.
No exemplo, acima, relacionei as minhas duas partições em ordem, começando pela mais prioritária.
Mas lembre-se que os ajustes feitos com o mount e swapon se perdem após reiniciar o sistema.
É necessário editar o fstab, para ter uma configuração persistente.
Sempre é possível usar o swapon, também para verificar a sua configuração de espaço de troca atual:


sudo swapon -v

[sudo] senha para justincase: 
NAME      TYPE      SIZE USED PRIO
/dev/sdb2 partition   3G   0B   -1
/dev/sda2 partition 8,8G   0B   -2

Leia mais sobre como criar um arquivo de swap.

Como dar mais prioridade a uma partição ou arquivo de swap

Se uma partição swap estiver em um drive mais rápido que os outros (um SSD, por exemplo), pode ser interessante configurar o sistema para começar a fazer o swapping por este dispositivo, que vai oferecer tempo de resposta muito menor.
Veja como especificar as prioridades de swap, no fstab:

/dev/sdb2   none    swap    sw,pri=2    0   0
/dev/hda2   none    swap    sw,pri=1    0   0

Com esta configuração (acima), o kernel irá priorizar a partição /dev/sdb2 (pri=2) — com o maior valor de prioridade da lista.
Assim que sua capacidade se esgotar, o kernel passará a usar a partição /dev/hda2 (pri=1), com valor de prioridade menor.
O valor da prioridade pode variar entre 0 e 32767.
0 é a menor prioridade possível e 32767 é a máxima.

Dê prioridade máxima ao arquivo ou partição swap que se encontrar no dispositivo de armazenamento mais rápido.
Esta configuração irá minimizar a perda de desempenho causada pelo uso do swap.

Configuração de RAID no swap

É possível fazer uso simultâneo de todas as partições swap disponíveis no seu sistema.
Para obter esta configuração, basta dar o mesmo nível de prioridade a todas elas.
Veja um exemplo:

/dev/hdb3   none   swap   sw,pri=1   0   0
/dev/hdd3   none   swap   sw,pri=1   0   0
/dev/hdc3   none   swap   sw,pri=1   0   0

Para obter um desempenho melhor, o ideal é que cada partição esteja em um drive físico diferente.

Conclusão

Na imagem, abaixo, você pode ver como configurei o meu swap
configuração do swap no linux fstab
Com 8 GiB de memória RAM e um SSD de 24 GiB, julguei interessante distribuir o espaço de troca recomendado, de 11 GiB entre o SSD e o HDD.
Assim, deixei 3 GiB de swap na unidade de estado sólido e o restante no disco rígido — dando maior prioridade à primeira.
Houve ganho de performance no sistema, toda vez em que foi necessário fazer uso da memória virtual.
Infelizmente, a unidade SSD já tem mais de 5 anos e eu espero que esta configuração tenha algum impacto negativo na sua durabilidade.
Tudo tem um preço, não é?

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Referências

http://www.tldp.org/HOWTO/Partition/setting_up_swap.html.

Como criar rapidamente uma nova partição emergencial para SWAP.

Criar e começar a usar uma nova partição ou arquivo de SWAP pode ser feito muito rapidamente no Linux.
O procedimento é seguro e pode ser realizado em menos de 2 minutos.
Contudo, aconselho a ir com calma.
redimensionar reparticionar disco
Outro conselho útil para estas ocasiões é aproveitar para fazer um backup.
O contexto deste post é um notebook que me chegou às mãos e, após abrir dezenas e dezenas de novas abas e janelas no Firefox, a máquina começou a ficar insuportavelmente lenta.
Nenhum vídeo era reproduzido (nem no Facebook, nem no YouTube)
Chegou ao ponto em que eu tinha que ver o que estava acontecendo:


free -h

                    total        used            free      shared  buff/cache   available
Mem:           7,5G        6,0G        557M        565M        3,0G        700M
Swap:            0B          0B          0B

Observe o meu resultado, acima.
Há 557 Mb de memória RAM livres — ou seja, estamos chegando a um limite… e absolutamente nenhum SWAP (nem arquivo, nem partição) presente.
Não há muita esperança de que o SWAP possa desafogar o uso do navegador Firefox, nestas circunstâncias, mas outros programas, em uso no sistema, bem que poderiam se beneficiar do seu uso e ajudar a “desespremer” a memória RAM — o que seria benéfico, por extensão, para o navegador.

A máquina estava ligada há uns 5 dias e o reboot não costuma ser minha primeira uma opção.

Criar um arquivo para o SWAP é completamente indolor e rápido, no Linux.
O que inviabiliza esta solução é que o sistema de arquivos, aqui, é 100% BTRFS.
Não é possível criar um arquivo de troca em cima do BTRFS.


Havendo espaço e sem reiniciar o computador, seria possível redimensionar uma das partições, para criar uma exclusiva para SWAP, como reza a tradição?
Esta foi a minha aposta. Veja o resultado…

Nunca é demais avisar que o procedimento pode danificar seu sistema de arquivos e causar perda irreversível de dados.
— Portanto, verifique se seu backup está em dia, antes de prosseguir.

Instale o gparted:


sudo apt install gparted

Em seguida, rode o programa e selecione a partição que deseja redimensionar.
Se tiver dúvidas quanto ao tamanho mais adequado, o artigo Perguntas e respostas sobre SWAP tem uma tabela que simplifica o assunto.
Siga o procedimento abaixo:

  1. Clique com o botão direito do mouse/touchpad sobre a partição cujo tamanho deseja alterar e selecione “Redimensionar”.
    gparted redimensionar partição
  2. Agora, indique o tamanho da nova partição em “Espaço livre após (MB)”.
    gparted redimensionar
    Em seguida, marque a opção “formatar para Linux swap”.
    gparted redimensionar partição
  3. Aplique as alterações feitas.
  4. Clique com o botão direito sobre a nova partição SWAP e selecione “Ativar o swap”.
    gparted ativar swap

Com isto, o problema estará resolvido.
Rode novamente o free, no terminal, para ver que o SWAP já está lá, pronto para ser usado.


free -h

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           7,5G        2,5G        270M        589M        4,8G        4,2G
Swap:          8,8G          0B        8,8G

Como resultado (pra mim), o Firefox voltou a ganhar agilidade, sem precisar ser fechado ou reiniciado — e os vídeos voltaram a ser reproduzidos dos sites.
Novamente, vale a advertência: não aconselho realizar este procedimento em máquinas de produção, sem fazer um backup antes.
Há risco de perda de dados.
No meu caso, tratava-se de uma máquina de testes e, portanto, fazia sentido prosseguir nesta aventura.

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Uma explicação simplificada sobre a gestão de memória no Linux, com foco no swap.

Uma das coisas mais certas, quando se fala em gestão da memória RAM, é que não existe memória sobrando ou ociosa em um sistema Linux.
Cada aplicação usa uma quantidade da memória disponível no sistema.
Do que “sobra”, com exceção dos últimos megabytes, o Linux usa para fazer caching — no que se inclui o cache de página, os caches de inodes etc.
Ocupar toda a memória física disponível, é benéfico — ajuda a melhorar enormemente a eficiência geral do sistema.
Tanto a leitura quanto a escrita em disco podem se beneficiar imensamente com o uso do cache.
Em mundo ideal, você sempre terá memória suficiente para abrigar todas as suas aplicações, suprir as necessidades delas e, de lambuja, ainda terá algumas centenas de megabytes disponíveis para fazer caching.
Neste mundo utópico, desde que suas aplicações não façam demandas crescentes por mais memória e o sistema não exerça pressão crescente no cache, não há necessidade alguma para swap — a não ser permitir a hibernação.

Além de auxiliar na gestão da memória virtual do sistema, o swap tem outro papel importante: guardar o estado atual do sistema, caso você ative a hibernação do computador.
Esta função do swap não será abordada neste texto, já que não tem relação direta com o gerenciamento de memória do sistema.

Para se aprofundar mais em algum tema, clique nos links incluídos no texto deste artigo e nos que estão relacionados ao final do post.


Voltando ao caching
À medida em que as aplicações precisam de mais memória física, o sistema vai abrindo mão do espaço que estava usando para o cache em prol delas.
Desalocar cache é tão simples e fácil que é feito em tempo real.
Uma vez que todo o conteúdo do cache é sempre uma cópia de algo que já se encontra gravado em disco, portanto seu espaço, ou pode ser disponibilizado imediatamente, ou já está sempre prestes a ser liberado nos próximos segundos.
O fato é que realocar o espaço usado para caching tem zero impacto na performance das aplicações.
Tendo isto em mente, quando nos referimos a memória física “livre”, podemos estar incluindo ou não a que está sendo usada pelo cache.
linux-memória-ram-livre
Esta é a maneira como todos os sistemas operacionais modernos trabalham. Na hora de exibir a quantidade de memória livre, contudo, alguns incluem o que está ocupado pelo cache, outros não.
Concordo com alguns autores que, ao falar de “memória livre”, faz mas sentido incluir a parte ocupada pelo cache — já que é instantaneamente disponibilizada ao ser requisitada pelas aplicações.
No Linux, ao executar o comando free, ele exibe as duas situações:

free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2,0G        207M        1,2G         55M        521M        1,7G
Swap:          6,7G          0B        6,7G

No Linux, o comando free, inclui valor do cache na coluna “disponível” (available).
Se preferir ver os valor do cache destacado em uma coluna, use as opções ‘-hwt’:

free -hwt
              total        used        free      shared     buffers       cache   available
Mem:           2,0G        491M        262M        127M        2,0M        1,2G        1,3G
Swap:          6,7G        144K        6,7G
Total:         8,7G        491M        7,0G

Como o Linux usa o swap

Este tópico será explicado de maneira básica, aqui.
Sugiro a leitura de Perguntas e respostas sobre o SWAP, caso você queira saber mais sobre o assunto.
Uma vez preenchida toda a memória física disponível na sua máquina, não há mais espaço suficiente para o cache garantir a velocidade do fluxo de dados entre as mídias físicas e a memória.
Neste caso, o Linux irá realocar espaço na memória, usado por aplicações inativas (ou pouco usadas), da memória RAM, para o swap (no disco rígido), com objetivo de ter de volta algum espaço para operar com o cache.
Isto não acontece como fruto de uma decisão simples. Não existe “um percentual” de uso da memória a partir do qual o sistema automaticamente começa a fazer swapping.
Há um algoritmo mais complexo envolvido, a partir do qual o Linux decide que é hora de levar dados da RAM para o disco.
O algoritmo leva vários fatos em conta. Este processo pode melhor ser descrito por “quanta pressão há para alocar novos bytes de memória”.
Se houver muita pressão para alocar novos blocos de memória, também haverá mais chance de que alguns outros blocos sejam “swapeados” para criar mais espaço na memória. Se houver menos pressão, as chances serão menores.
A variável que regula a pressão do cache (ou cache pressure), pode ser definida, junto com o swappiness“.
Se quiser saber como fazer isto, leia Como reduzir o uso do swap para melhorar o desempenho.
A menos que você saiba o que está fazendo, em computadores de uso genérico, não é recomendável alterar estas variáveis.
É comum vilanizarmos o swap. De modo geral, contudo, ele é uma coisa muita boa.
Você pode ser penalizado na performance do seu sistema, por uso ocasional do swap. Mas esta situação traz mais ganhos à responsividade e à estabilidade geral do sistema.
Ao reduzir o valor do swappiness, permite-se que a quantidade de memória cache diminua um pouco mais do que iria normalmente — mesmo que, de alguma forma, ela pudesse ser útil ao sistema.
O uso de valores baixos para a variável swappiness, traz o risco de tornar um computador (de uso genérico) mais lento — por que ele terá menos espaço para fazer caching.
Cabe a você determinar se, no seu caso específico, esta relação pode ser interessante e trazer ganhos de desempenho
Desabilitar completamente o swap, pode trazer riscos a estabilidade do seu sistema, principalmente se ocorrer de toda a memória física vir a ser ocupada.

O que acontece no sistema quando ele está atolado e fazendo uso pesado do swap?

Com alguma frequência, acontece de percebermos que nosso computador parece atolado de tarefas, super lento e o led indicador de atividade no disco está “quase queimando”.
Neste caso, aparentemente, o sistema está enviando uma quantidade tremenda de dados da memória RAM para o HD (ou SSD).
Culpar o swap pela situação, é uma maneira inadequada de abordar o problema.
Se o swapping realmente atingiu este extremo, o fato é que a memória física está prestes a se esgotar — e o swapping é justamente quem está evitando o travamento do sistema ou evitando que este saia “matando” processos a esmo, para conseguir se manter em pé.
Sem o swapping, numa situação como esta, processos irão colidir e morrer (crash n’ die).
Neste caso, o que se tem é um sintoma de problemas mais profundos.
Se o seu computador tivesse memória suficiente, para a execução de todas as suas tarefas, o espaço de troca (swap) serviria apenas para garantir que a memória fosse usada de forma eficiente.
Remover o swap ou restringir arbitrariamente seu uso não vai mudar o fato de que você tem um hardware com pouca memória física para executar suas aplicações.

Quase tudo do que se fala do swap e cache, aqui, vale para qualquer sistema operacional atual. Não se restringe ao Linux, portanto.

O Linux é um sistema operacional extremamente amadurecido e testado em condições das mais adversas (nos computadores mais exigidos do mundo, inclusive).
Acredite, o algoritmo que cuida da gestão da memória, escolhendo os dados menos usados para “swapear” pro disco, é muito eficiente — e a grande maioria dos usuários jamais irá precisar alterar suas variáveis e seus parâmetros de trabalho.
Em um sistema desktop, pouco usado, há uma situação bastante conhecida em que o usuário chega, após algum tempo em que a máquina estava sem uso, e tem que esperar alguns segundos (que parecem horas) até que se torne disponível novamente.
Esta demora é resultante do trabalho de mover de volta (do disco para a memória RAM) os processos que estavam ociosos.
Isto é comum quando deixamos a máquina ligada durante a noite, realizando alguma tarefa, como downloads, checagem antivírus, backup etc., enquanto dormimos.
De manhã, o sistema não tem como prever que você vai querer usar o navegador, que ficou inativo durante horas. Portanto, você terá que esperar um pouco.
Este é um dos pontos “chatos” de deixar o swap habilitado e por conta do sistema. Se você desabilitá-lo, esta lentidão, após o backup (por exemplo), não irá mais ocorrer. Em compensação, o sistema irá rodar um pouco mais lento, durante o uso diário — na medida em que haverá menos espaço para cache.
Outro fator a ser considerado, é a perda da proteção no caso de faltar memória física para suas aplicações — neste caso, o sistema vai arriar.

A maneira mais eficiente, em termos de custos, de resolver lentidão associada ao uso do swap pelo sistema, é aumentar sua memória física.
Se isto não for possível, avalie trocar suas aplicações por outras mais leves.
Desabilitar ou restringir o uso do swap é uma das soluções menos eficazes — uma vez que ele é apenas um mecanismo do sistema, usado para lidar com situações em que a memória física se tornou escassa.

Em sistemas com grande quantidade de memória RAM, o swap pode ser desabilitado com segurança?

Nos dias atuais (veja a data do post), 8 Gb de memória RAM é uma grande quantidade de memória — se estivermos falando de uma distro Linux comum, para uso genérico.
Neste cenário, raramente o usuário irá chegar ao ponto de precisar de swap.
Ainda assim, é desnecessário desativar o swap — lembre que ele tem outras utilidades.
Tampouco há necessidade de ajustar o swappiness — o sistema “sabe” que há bastante espaço na memória RAM para as aplicações e para o cache e nunca irá tomar a decisão de usar o swap.
Se, ainda assim, você quiser desabilitar o swap e reduzir o swappiness, o sistema continuará funcionando bem. Simplesmente não fará diferença.
Nos raros casos em que o sistema precisar lançar mão do swap, vai ser bom tê-lo à disposição.
Deixar os valores padrão, portanto, é a opção pela segurança e pela eficiência — tendo ou não uma grande quantidade de memória.

Como o swap atua para tornar o meu sistema mais rápido?

A transferência de dados entre a memória física e o swap (em HD ou SSD) é uma operação lenta.
Porém, é uma atitude que o kernel só toma quando tem certeza de que os benefícios superam seus custos.
Um exemplo disto é quando a aplicação ativa no seu sistema cresceu no uso da memória a ponto de não deixar mais espaço livre para o cache — ocasionando uma perda sensível na eficiência da transferência de dados.
Neste caso, há benefícios em mover porções inativas ou pouco usadas da memória para o swap, liberando alguma quantidade de memória suficiente para agilizar o fluxo de dados do cache.
Algumas aplicações podem também precisar de uma grande quantidade de dados na hora de iniciar. A pressão por recursos é aliviada logo após seu completo carregamento.
Se o seu sistema já estiver sobrecarregado, de antemão, o swap pode evitar um crash, durante este processo.

Conclusão

Não faça deste caso, um dilema Tostines.
Não é o swap que torna o seu sistema mais lento. É o contrário.
É por estar muito lento, que seu sistema faz uso deste recurso.

As pessoas associam a lentidão do sistema ao uso do swap, por que seu uso acontece quando o sistema está perto da inanição por recursos de memória.
O swap, antes de estar atrapalhando a sua vida, pode estar salvando o seu dia de trabalho.
Se ele está “salvando demais” o seu dia, em vez de fazer dele um vilão suas ações precisam ter como alvo o problema certo — a falta de recursos para rodar as aplicações atuais. Ou muda as aplicações, ou aumenta os recursos.

Referências

Como verificar a memória swap no Linux.
Como criar um arquivo swap no Ubuntu.
Perguntas e respostas sobre o swap.
http://askubuntu.com/questions/184217/why-most-people-recommend-to-reduce-swappiness-to-10-20

Como obter melhor desempenho do swap no seu sistema com o zswap.

O ZSWAP é um sistema de cache leve e comprimido para páginas da memória swap.
Ele pega páginas que estão prestes a ser movidas para o swap e as comprime em um pool de memória dinamicamente alocado na RAM.
O zswap é um recurso que pode ser útil a alguns usuários e ainda não foi testado em um número consistente de configurações — e deve ser considerado como experimental, portanto.
Entre os potenciais benefícios obtidos com o seu uso, citam-se:

  1. Usuários de máquinas com capacidade de memória física (RAM) limitada, podem reduzir o impacto que o uso do swap causa na performance do sistema.
  2. Máquinas virtuais que compartilham os mesmos recursos de E/S podem reduzir drasticamente a pressão da concorrência pelo uso do swap.
  3. Usuários de drives ou partições SSD, dedicadas ao swap, podem estender a vida útil de seus dispositivos, uma vez que este recurso reduz a necessidade constante de escrita.

Em troca de um uso mais intenso de ciclos da CPU, o zswap reduz o fluxo de E/S no swap.
Esta relação pode trazer uma melhora significativa na performance do sistema — isto é, se a leitura do cache comprimido for mais rápida que a leitura de um dispositivo swap.

Como verificar se posso usar o zswap no meu sistema

Este recurso já está presente na maioria das distribuições GNU/Linux e, portanto, só precisa ser ativado.
Os arquivos de configuração podem ser encontrados em /sys/module/zswap.
arquivos de configuração do zswap.
Se este diretório existe, então o recurso também estará presente e poderá ser ativado e usado.
Pode ser habilitado no runtime, com uma única linha de comando — como veremos, a seguir.
A partir daí, ele passa a armazenar as páginas swapeadas pelo sistema.
A qualquer momento você também pode desabilitá-lo. Quando isto acontece, ele simplesmente para de receber as páginas de swap e vai se esvaziando, à medida em que seu conteúdo perca sua validade ou seja transferido de volta à memória.
Se houver a necessidade de esvaziar imediatamente o conteúdo do swap, sempre é possível executar o comando swapoff — conforme ensinamos aqui.

Como verificar as suas configurações atuais de zswap

As configurações atuais (runtime) podem ser vistas no diretório /sys/module/zswap/parameters/, dentro de seus respectivos arquivos.
Captura de tela da configuração do zswap
Use os comandos abaixo para verificar de que forma o zswap se encontra configurado no seu sistema:

ls -lah /sys/module/zswap/parameters/; cat /sys/module/zswap/parameters/*
total 0
drwxr-xr-x 2 root root    0 Mar 16 10:42 .
drwxr-xr-x 3 root root    0 Mar 16 10:42 ..
-rw-r--r-- 1 root root 4,0K Mar 16 10:42 compressor
-rw-r--r-- 1 root root 4,0K Mar 16 10:42 enabled
-rw-r--r-- 1 root root 4,0K Mar 16 10:42 max_pool_percent
-rw-r--r-- 1 root root 4,0K Mar 16 10:42 zpool

lzo
N
20
zbud

A primeira parte da listagem exibe os arquivos contidos no diretório /sys/module/zswap/parameters/ e a segunda parte exibe o conteúdo de cada arquivo, respectivametne:

  • compressor — abriga o método de compressão usado. Pode ser LZO ou LZ4.
    O ajuste padrão é LZO, que usa uma taxa de compressão menor e, portanto, oferece mais velocidade ao processo.
  • enabled — indica quando o zswap esta habilitado (enabled) ou desabilitado (disabled).
    Os valores podem ser:

    • 0 ou N: para desabilitado (padrão)
    • 1 ou Y: para habilitado
  • max_pool_percent — delimita a quantidade máxima de memória que pode ser utilizada pelo pool de compressão.
  • zpool — determina o tipo de zpool a ser usado. O padrão é zbud — que aloca exatamente 1 página para armazenar 2 páginas comprimidas, o que implica em uma taxa de compressão de 2:1 ou “pior” (uma vez que o zbud pode não preencher completamente cada página).

O que é o zbud e o zpool

O zbud é um dispositivo do sistema, com o propósito especial de armazenar páginas comprimidas (“zpages“) na memória.
Projetado para armazenar até 2 páginas comprimidas por página em memória física.
Embora esta abordagem traga limitações à densidade de armazenamento, é mais eficiente no final das contas.
O zpool é um alocador de memória especial para zpages.
Os pools de memória permitem que softwares possam reservar, acessar e liberar blocos de memória representados por handles em runtime.
Este recurso é usado por vários algoritmos de compressão.

Como ativar o zswap

O zswap faz uso uso do zpool para gerenciar o pool de memória comprimida.
O pool se expande de acordo com a demanda do sistema. Ele também se contrai à medida em que páginas comprimidas são liberadas.
Se você alterar os parâmetros, no runtime, o zswap não apaga o que foi feito. Ele apenas passa a trabalhar de acordo com os novos parâmetros.
Para ativar o zswap, no kernel runtime, basta mudar o arquivo ‘enabled’:

echo '1' > /sys/module/zswap/parameters/enabled 

Para desativar, edite o comando acima, mudando o valor 1 para 0:

echo '0' > /sys/module/zswap/parameters/enabled 

Da mesma forma, é possível alterar os outros parâmetros, através dos arquivos correspondentes.
As alterações terão efeito apenas para a sessão atual. Ao desligar e ligar a máquina, seus valores voltam ao padrão.

Outras formas de habilitar o zswap no Linux

Para escrever este artigo, usei uma máquina Debian 8.3 “Jessie”. Não testei o recurso em outras distribuições — mas é razoável acreditar que irá funcionar do mesmo jeito no Ubuntu e em outras distro baseadas no Debian.
Você pode também ativar o zswap no menu do GRUB, na inicialização do sistema:

  1. Pressione a tecla Shift, durante o boot, para entrar no menu do GRUB.
  2. Edite a linha de comando, incluindo zswap.enabled=1 ao final dela.
  3. Pressione a tecla F10 para retomar a inicialização do Linux.

Se você tem intimidade com a configuração do GRUB, pode editá-lo e incluir o parâmetro zswap.enabled=1 ao final da entrada GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT.

Referências

https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/zswap.txt.
http://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=4e2e2770b1529edc5849c86b29a6febe27e2f083.
http://dcjtech.info/topic/the-linux-kernels-compressed-memory-pages/.
https://www.ibm.com/developerworks/community/blogs/fe313521-2e95-46f2-817d-44a4f27eba32/entry/new_linux_zswap_compression_functionality7?lang=en.
https://bbs.archlinux.org/viewtopic.php?id=169585.

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.