Como adicionar espaço de swap no Ubuntu 20.04

Introdução

Um das maneiras de se proteger contra erros de memória insuficiente em aplicativos é através da adição de um espaço de swap ao seu servidor. Neste guia, falaremos sobre como adicionar um arquivo swap a um servidor Ubuntu 20.04.

O que é o Swap?

O Swap é uma parcela do armazenamento do disco rígido que foi reservada para o sistema operacional com o objetivo de armazenar temporariamente dados que ele não consegue mais reter na RAM. Isso permite que você aumente a quantidade de informações que seu servidor consegue manter em sua memória de trabalho, com algumas advertências. O espaço de swap no disco rígido será usado principalmente quando já não houver espaço suficiente em RAM para manter os dados do aplicativo em uso.

As informações gravadas no disco ficarão significativamente mais lentas do que as informações mantidas em RAM, mas o sistema operacional preferirá manter os dados do aplicativo em memória e usar o swap para os dados mais antigos. De maneira geral, ter espaço de swap como uma alternativa para quando a RAM do seu sistema estiver esgotada pode ser uma boa estratégia de segurança contra exceções de memória insuficiente nos sistemas com armazenamento disponível que não seja SSD.

Passo 1 – Verificando o Sistema em Relação às Informações de Swap (troca)

Antes de começarmos, podemos verificar se o sistema já tem algum espaço de swap (troca) disponível. É possível ter vários arquivos de swap ou partições de swap, mas geralmente um deve ser o suficiente.

Podemos descobrir se o sistema tem algum swap configurado digitando:

sudo swapon --show

Se você não receber nenhum resultado, isso significa que seu sistema não tem espaço de swap disponível atualmente.

Você pode verificar se não existe um swap ativo usando o utilitário free:

free -h

Output
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:          981Mi       122Mi       647Mi       0.0Ki       211Mi       714Mi
Swap:            0B          0B          0B

Como você pode ver na linha Swap do resultado, nenhum swap está ativo no sistema.

Passo 2 – Verificando o Espaço Disponível na Partição do Disco Rígido

Antes de criarmos nosso arquivo de swap, verificaremos o uso atual do disco para garantir que temos espaço suficiente. Faça isso digitando:

df -h

Output
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
udev            474M     0  474M   0% /dev
tmpfs            99M  932K   98M   1% /run
/dev/vda1        25G  1.4G   23G   7% /
tmpfs           491M     0  491M   0% /dev/shm
tmpfs           5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
tmpfs           491M     0  491M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda15      105M  3.9M  101M   4% /boot/efi
/dev/loop0       55M   55M     0 100% /snap/core18/1705
/dev/loop1       69M   69M     0 100% /snap/lxd/14804
/dev/loop2       28M   28M     0 100% /snap/snapd/7264
tmpfs            99M     0   99M   0% /run/user/1000

O dispositivo com / na coluna Mounted on é o nosso disco neste caso. Temos bastante espaço disponível neste exemplo (apenas 1,4 GB usado). Seu uso provavelmente será diferente.

Apesar da divergência de opiniões quanto ao tamanho adequado de um espaço de swap, isso realmente dependerá de suas preferências pessoais e das exigências da sua aplicação. Geralmente, um espaço igual ou duas vezes o tamanho do espaço da RAM no seu sistema é um bom ponto de partida. Outra boa regra de ouro é que qualquer coisa acima de 4 GB de swap é provavelmente desnecessária se você somente estiver usando-o como uma alternativa para a RAM.

Passo 3 – Criando um Arquivo de Swap

Agora que sabemos qual é o espaço disponível em nosso disco rígido, podemos criar um arquivo de swap no nosso sistema de arquivos. Alocaremos um arquivo do tamanho que queremos que o swap tenha chamado de swapfile em nosso diretório raiz (/).

A melhor maneira de criar um arquivo de swap é com o programa fallocate. Este comando cria instantaneamente um arquivo do tamanho especificado.

Uma vez que o servidor no nosso exemplo tem 1 GB de RAM, criaremos um arquivo de 1 GB neste guia. Ajuste isso para atender às necessidades do seu próprio servidor:

sudo fallocate -l 1G /swapfile

Podemos verificar se a quantidade correta de espaço foi reservada digitando:

ls -lh /swapfile

-rw-r--r-- 1 root root 1.0G Apr 25 11:14 /swapfile

Nosso arquivo foi criado com a quantidade correta do espaço reservado.

Passo 4 – Habilitando o Arquivo de Swap

Agora que temos um arquivo do tamanho correto disponível, precisamos realmente transformar isso em espaço de swap.

Primeiro, precisamos bloquear as permissões do arquivo para que apenas os usuários com privilégios root possam ler o conteúdo. Isso impede que os usuários normais possam acessar o arquivo, o que teria implicações de segurança significativas.

Torne o arquivo acessível somente para root digitando:

sudo chmod 600 /swapfile

Verifique a alteração de permissões digitando:

ls -lh /swapfile

Output
-rw------- 1 root root 1.0G Apr 25 11:14 /swapfile

Como você pode ver, apenas o usuário root tem os sinalizadores de leitura e gravação habilitados.

Podemos agora marcar o arquivo como espaço de swap digitando:

sudo mkswap /swapfile

Output
Setting up swapspace version 1, size = 1024 MiB (1073737728 bytes)
no label, UUID=6e965805-2ab9-450f-aed6-577e74089dbf

Após marcar o arquivo, podemos habilitar o arquivo de swap, permitindo que nosso sistema comece a utilizá-lo:

sudo swapon /swapfile

Verifique se o swap está disponível digitando:

sudo swapon --show

Output
NAME      TYPE  SIZE USED PRIO
/swapfile file 1024M   0B   -2

Podemos verificar a saída do utilitário free novamente para corroborar nossos resultados:

free -h

Output
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:          981Mi       123Mi       644Mi       0.0Ki       213Mi       714Mi
Swap:         1.0Gi          0B       1.0Gi

Nosso swap foi configurado com sucesso e nosso sistema operacional começará a usá-lo conforme necessário.

Passo 5 – Tornando o Arquivo de Swap Permanente

Nossas alterações recentes habilitaram o arquivo de swap para a sessão atual. No entanto, se reiniciarmos, o servidor não manterá as configurações de swap automaticamente. Podemos alterar isso adicionando o arquivo de swap ao nosso arquivo /etc/fstab.

Faça um backup do arquivo /etc/fstab para o caso de algo dar errado:

sudo cp /etc/fstab /etc/fstab.bak

Adicione a informação do arquivo de swap no final do seu arquivo /etc/fstab digitando:

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

Em seguida, avaliaremos algumas configurações que podemos atualizar para ajustar nosso espaço de swap.

Passo 6 – Ajustando as Configurações de Swap

Há algumas opções que você pode configurar que terão um impacto no desempenho do seu sistema quando estiver lidando com o swap.

Ajustando a propriedade Swappiness

O parâmetro swappiness configura a frequência com que o seu sistema transfere dados da RAM para o espaço de swap. Esse é um valor entre 0 e 100 que representa uma porcentagem.

Com valores próximos de zero, o kernel não irá transferir dados para o disco a menos que seja absolutamente necessário. Lembre-se, as interações com o arquivo de swap são “dispendiosas”, no sentido de que demoram mais que as interações com a RAM e podem causar uma redução significativa no desempenho. Dizer ao sistema para não depender tanto do swap irá geralmente tornar o seu sistema mais rápido.

Valores que estão mais próximos de 100 irão tentar colocar mais dados no swap em um esforço para manter mais espaço da RAM livre. Dependendo do perfil de memória de seus aplicativos ou do motivo pelo qual você está usando o seu servidor, isso pode ser melhor em alguns casos.

Podemos ver o valor atual do parâmetro swappiness digitando:

cat /proc/sys/vm/swappiness

Output
60

Para um desktop, um valor de swappiness de 60 não é um valor ruim. Para um servidor, você pode deixá-lo mais próximo de 0.

Podemos definir o parâmetro swappiness para um valor diferente usando o comando sysctl.

Por exemplo, para definir o valor do parâmetro swappiness em 10, poderíamos digitar:

sudo sysctl vm.swappiness=10

Output
vm.swappiness = 10

Este valor persistirá até a próxima reinicialização. Podemos definir este valor automaticamente na reinicialização, adicionando a linha no nosso arquivo /etc/sysctl.conf:

sudo nano /etc/sysctl.conf

No final, você pode adicionar:

vm.swappiness=10

Salve e feche o arquivo quando você terminar.

Ajustando a Configuração da Pressão por Cache

Outro valor relacionado que você pode querer modificar é o vfs_cache_pressure. Este ajuste configura o quanto o sistema escolherá para as informações cache dos objetos inode e dentry em detrimento de outros dados.

Basicamente, tratam-se de dados de acesso sobre o sistema de arquivos. De maneira geral, isso é difícil de consultar e, com frequência, muito solicitado. Assim, é algo muito bom que o seu sistema armazene dados em cache. Você pode ver o valor atual questionando o sistema de arquivos proc novamente:

cat /proc/sys/vm/vfs_cache_pressure

Output
100

Uma vez que ele está atualmente configurado, o nosso sistema remove as informações de inode do cache muito rapidamente. Podemos definir isso em um valor mais conservador como 50, digitando:

sudo sysctl vm.vfs_cache_pressure=50

Output
vm.vfs_cache_pressure = 50

Novamente, isso é apenas válido para a nossa sessão atual. Podemos alterar esse valor, adicionando-o ao nosso arquivo de configuração como fizemos com a nossa configuração do parâmetro swappiness:

sudo nano /etc/sysctl.conf

No final, adicione a linha que especifica o seu novo valor:

vm.vfs_cache_pressure=50

Salve e feche o arquivo quando você terminar.

Conclusão

Seguir as etapas deste guia lhe dará algum espaço para respirar em casos que de outra forma conduziriam a exceções de falta de memória. O espaço de swap pode ser incrivelmente útil para evitar alguns desses problemas comuns.

Se você está encontrando erros de OOM (out of memory - falta de memória), ou se você descobrir que o seu sistema não consegue usar os aplicativos de que você precisa, a melhor solução é otimizar as configurações do seu aplicativo ou atualizar o seu servidor.