Espace d'échange (swap)

L'espace d'échange, aussi appelé par son terme anglais swap space ou simplement swap, est une zone d'un disque dur faisant partie de la mémoire virtuelle¹⁾ de votre ordinateur. Il est utilisé pour décharger la mémoire vive physique (RAM) de votre ordinateur lorsque celle-ci arrive à saturation. L'espace d'échange, dans Ubuntu, se trouve généralement sous une forme de partition de disque dur – on parle alors de partition d'échange. Il peut aussi se présenter sous forme de fichier – on parle alors de fichier d'échange.

Par défaut, Ubuntu calcule et s'attribue automatiquement un espace d'échange suffisant ou recommandé lors de son installation. Il n'est pas nécessaire d'effectuer des tâches supplémentaires pour assigner un espace d'échange minimum à Ubuntu. Cependant, évaluer ses besoins en espace d'échange peut mieux rationaliser vos ressources.

Le présent document se veut être une présentation succincte de ce qu'est l'espace d'échange dans Ubuntu et des méthodes pour créer, modifier et supprimer cet espace d'échange.

La mémoire vive physique (RAM) de l'ordinateur est utilisée pour stocker des données en cours de traitement. Si celle-ci se remplit presque entièrement mais que votre ordinateur a tout de même besoin de ressources pour procéder à des traitements, votre système d'exploitation peut déplacer temporairement des pages mémoire vers l'espace d'échange défini dans votre disque dur afin de libérer des ressources mémoire. L'espace d'échange agit ainsi en tant qu'extension de votre mémoire vive physique : elle récupère, au besoin, des blocs mémoire en excès de votre mémoire vive physique.

Notez cependant que l'espace d'échange se situant dans votre disque dur, l'accès aux données contenues dans celui-ci est plus lent que celles contenues directement dans la RAM. De plus, l'utilisation de l'espace d'échange ralentit significativement le système et entraîne une activité permanente du disque dur (bruits de "grattements"), provoquant une usure prématurée du matériel. De ce fait, l'espace d'échange ne doit pas être considéré comme un remplacement de votre mémoire vive physique, mais plutôt comme un mécanisme d'appoint.

La plupart des systèmes d'exploitation – sinon tous – gèrent un espace d'échange. Avec les systèmes d'exploitation de type GNU/Linux, dont fait partie Ubuntu, cette zone d'échange se présente généralement sous la forme d'une partition de disque dur dédiée à cet effet. À titre comparatif, Microsoft® Windows® utilise un ou des fichiers dans chacun de ses volumes afin de jouer ce rôle. Il est aussi possible de créer et utiliser des fichiers assurant un espace d'échange.

Il n'y a pas à proprement parler qu'une seule règle définissant la quantité d'espace à allouer à la zone d'échange, qu'elle soit sous forme de partitions ou de fichiers. Beaucoup de conditions entrent dans les facteurs influençant ce choix. Cependant, compte tenu des capacités des ordinateurs modernes, on peut relever des recommandations généralement acceptées :

• Votre ordinateur dispose de 6 Go de RAM ou plus Allouez un espace d'échange égal à la taille de votre RAM ;
• Votre ordinateur dispose de 1 Go de RAM a 4 Go Allouez un espace d'échange de 1× à 1,5× la taille de votre RAM ;
• Votre ordinateur dispose de moins de 1 Go de RAM Allouez un espace d'échange de 1,5× à 2× la taille de votre RAM.

• Utilisation de programmes exigeants en ressources : Parfois, des programmes exigent beaucoup de ressources dans votre ordinateur (comme la suite bureautique LibreOffice, des jeux tels AlienArena ou des logiciels de montage vidéo tels Cinelerra), ce qui amène votre ordinateur à nécessiter davantage de ressources que disponibles. Souvent, une partie de la mémoire vive utilisée au chargement de ces programmes n'est réellement exploitée que lors de leur initialisation et n'est plus utilisée par la suite.
  Le système peut libérer des ressources en déplaçant de telles pages mémoire vers un espace d'échange dans votre disque dur.
• Hibernation (mise en veille prolongée) : La fonction d'hibernation conserve votre système en l'état actuel lors de la mise hors-tension de votre ordinateur, ce qui vous permet de reprendre plus rapidement votre travail là où vous l'avez laissé tout en ne consommant pas d'énergie de votre pile ou de votre alimentation secteur.
  Techniquement, il s'agit d'une copie de l'ensemble des informations contenues dans la mémoire vive de votre ordinateur vers l'espace d'échange de votre disque dur ; pour cette raison, une partition d'échange au moins aussi grande que la quantité de votre mémoire vive est requise pour profiter de cette fonctionnalité.²⁾
• Circonstances imprévues : Des événements imprévisibles peuvent survenir lors de l'utilisation de votre système (un programme ayant une fuite de mémoire, une action qui a besoin davantage de mémoire pour un court laps de temps ou une combinaison de ces événements).
  Disposer d'un espace d'échange vous offre un sursis pour localiser le problème ou, à tout le moins, terminer votre travail en cours.
• Cache mémoire : Puisque l'accès aux fichiers de votre disque dur est plus lent que ceux placés en mémoire vive, le noyau Linux place en cache dans la mémoire vive les fichiers ouverts.
  Ceci accélère grandement les traitements. Afin de conserver un maximum d'espace pour ce cache, une partie de la RAM réservée par les programmes mais non utilisée est déplacée dans l'espace d'échange.

Par défaut, Ubuntu est réglé de cette façon :
À partir de 40% d'utilisation de la RAM (donc 60% de libre), le noyau peut copier une partie de la RAM dans la swap.
On peut le vérifier grâce à la commande :

cat /proc/sys/vm/swappiness

qui avec les réglages par défaut, répond "60".

L'application de cette procédure avec une valeur faible du swappiness n'est pas conseillée :

–> sur un poste multi-utilisateurs,

–> sur un ordinateur partageant une(des) ressource(s) au sein d'un réseau,

–> en cas d'utilisation d'applications demandant d'importantes ressources mémoire (cf §2.1),

La valeur de 60 définie par les concepteurs du système garantit un fonctionnement correct quelle que soit votre configuration. La valeur minimale conseillée par canonical [source ?] est swappiness=10. La valeur de 5 apporte un gain notable en vélocité, surtout sur les machines peu dotées en RAM. La valeur de zéro provoque le gel du système quand la RAM est utilisée à 100% et ne suffit plus.

Cette procédure crée un fichier 99-swappiness.conf qui stocke vos réglages les rendant actifs au prochain redémarrage.

• vm.swappiness=5 déclenche l'utilisation de la swap quand il ne reste plus que 5% de RAM.
• vm.vfs_cache_pressure=50 permet de garder plus de liens vers les fichiers en mémoire, pour accélérer l’accès aux fichiers.

echo vm.swappiness=5 | sudo tee /etc/sysctl.d/99-swappiness.conf

echo vm.vfs_cache_pressure=50 | sudo tee -a /etc/sysctl.d/99-swappiness.conf
sudo sysctl -p /etc/sysctl.d/99-swappiness.conf

Il faut désactiver et réactiver l'utilisation du fichier d'échange pour que les réglages deviennent actifs immédiatement :

sudo swapoff -av
sudo swapon -av

(Dans cet exemple, le réglage passe à 80% de RAM utilisée)

sudo sysctl vm.swappiness=20

Ensuite désactivez puis réactivez la swap pour que les changements deviennent actifs :

sudo swapoff -av
sudo swapon -av

Il est possible d'utiliser la même partition SWAP pour plusieurs distributions Linux installées en multi-boot sur le même PC. Cependant dans ce cas, il ne sera pas possible d'hiberner plusieurs systèmes simultanément (la dernière hibernation écrasera les données de la précédente).

Plus d'un espace d'échange peuvent être affectés à votre système Ubuntu.
De plus, chacun de ces espaces peut être utilisé de manière inégale. Pour connaître les espaces d'échange actuellement activés dans votre système Ubuntu et leur niveau d'utilisation, utilisez la commande swapon de la façon suivante :

swapon -s

Le terminal vous affiche le résultat de cette commande sous forme de tableau. Ce tableau retourne les informations suivantes :

• Filename : le nom du fichier ou de la partition utilisée en tant qu'espace d'échange ;
• Type : le type d'espace d'échange (un fichier [file] ou une partition de disque dur [partition]) ;
• Size : la taille réservée à cet espace d'échange, en octets ;
• Used : la quantité d'espace utilisée dans cet espace d'échange, en octets ;
• Priority : la priorité d'utilisation de cet espace d'échange. Un espace ayant une plus haute priorité sera utilisé en premier.

Voici un exemple du retour de cette commande :

utilisateur@Nomdel'Ordinateur:~$ swapon -s 
Filename				Type		Size	Used	Priority
/dev/sda3                               partition	5241852	0	-1
/file.swap                              file		524284	0	-2

Afin d'ajouter davantage d'espace d'échange utilisable par votre système Ubuntu, nous vous recommandons la création de fichiers d'échange ou bien si vous voulez tout simplement remplacer une partition swap par un fichier.

Les fichiers d'échange ont quelques avantages par rapport aux partitions d'échange.
Pour commencer, leur ajout ou suppression n'a pas d'impact sur la table des partitions du disque dur, ce qui limite les possibles pertes de données liées à la modification à posteriori du système de partitions d'un disque dur. Par conséquent, il est aisé d'attribuer à la volée plus ou moins d'espace d'échange selon les besoins, qu'ils soient temporaires ou non.
Enfin, même s'ils sont stockés dans un système de fichiers, les fichiers d'échange sont exploités directement par le noyau Linux; l'utilisation d'un espace d'échange, sous forme de partition ou de fichier, devrait être identique quant aux performances.

Pour créer un fichier d'échange :

1. Depuis un compte d'administrateur, ouvrez un terminal ;
2. Utilisez fallocate pour réserver un bloc d'espace disque à attribuer à votre espace d'échange :

sudo fallocate -l <taille du fichier en octets> <nom du fichier>

• Le paramètre -l indique la taille (length) en octets qui doit être réservée pour l'espace d'échange. fallocate reconnaît aussi quelques suffixes, tels m et g, pour préciser des tailles en mibi-octets ou gibioctets. Par exemple, pour réserver 512 Mio, indiquez 512m ; pour réservez 1 Gio, indiquer 1g ;
• Le nom du fichier doit contenir le chemin absolu vers l'emplacement de celui-ci. Sinon, il sera créé dans le répertoire courant ;
• Exemple : pour créer un fichier de 512 Mio nommé file.swap et situé à la racine d'Ubuntu, on utilisera la commande suivante :

sudo fallocate -l 512m /file.swap

Consultez le manuel de fallocate (man fallocate) pour plus d'informations.

1. Modifiez les permissions sur cet espace afin qu'il ne soit directement lisible que par le système. Utilisez la commande chmod :

sudo chmod 600 <nom du fichier>

• Encore une fois, <nom du fichier> représente le nom du fichier qui vient d'être créé, avec son chemin absolu si nécessaire ;
• Par exemple, pour changer les permissions sur le fichier file.swap situé à la racine d'Ubuntu, on utilisera la commande suivante :

sudo chmod 600 /file.swap

1. Définissez ce fichier en tant qu'espace d'échange. Pour ce faire, utilisez la commande mkswap :

sudo mkswap <nom du fichier>

• Par exemple, pour définir un espace d'échange sur le fichier file.swap situé à la racine d'Ubuntu, on utilisera la commande suivante :

sudo mkswap /file.swap

1. Activez la prise en charge de ce nouvel espace d'échange. Utilisez la commande swapon :

sudo swapon <nom du fichier>

• Par exemple, pour activer la prise en charge de l'espace d'échange sur le fichier file.swap situé à la racine d'Ubuntu, on utilisera la commande suivante :

sudo swapon /file.swap

1. Rendez disponible le fichier d'échange à chaque démarrage en éditant le fichier /etc/fstab et lui ajoutant :

/etc/fstab

#Entry for /swapfile :
/file.swap none swap sw 0 0

Et commentez la ligne qui concerne l'ancienne partition swap que vous pourrez désormais supprimer.

Pour supprimer un fichier d'échange :

1. Désactivez la prise en charge du fichier d'échange. Utilisez la commande swapoff :

sudo swapoff <nom du fichier>

• Par exemple, pour desactiver la prise en charge de l'espace d'échange sur le fichier file.swap situé à la racine d'Ubuntu, on utilisera la commande suivante :

sudo swapoff /file.swap

1. Supprimer le fichier d'échange :

sudo rm /file.swap

1. Enlever la prise en charge au démarrage en enlevant les lignes dans fstab, en éditant le fichier /etc/fstab :

/etc/fstab

#Entry for /swapfile :
/file.swap none swap sw 0 0

Vous pouvez utiliser les outils de partitionnement en mode graphique fournis avec Ubuntu :
Gparted (Qtparted pour Kubuntu) pour créer/modifier/redimensionner vos partitions, à condition que celles-ci ne soient pas en cours d'utilisation par le système.

Si vous avez besoin de modifier une partition utilisée par le système en permanence, utilisez un live-cd.

Le live-cd utilise la partition swap du système (si elle existe). Pour pouvoir la modifier (ou modifier la partition étendue parente), il vous faudra désactiver le swap (dans gparted : Menu Partition > désactiver le swap).

Il existe plusieurs outils en ligne de commande pour gérer vos partitions ; les plus connus étant fdisk et cfdisk.
Ces outils s'utilisent avec les mêmes précautions et restrictions que celles indiquées ci-dessus pour Gparted.

Les commandes swapon/swapoff permettent respectivement d'activer ou désactiver le swap sans redémarrage du système. Exemple :

sudo swapoff /dev/sda6

désactivera la partition d'échange présente sur /dev/sda6

sudo swapon /dev/sda6

activera la partition d'échange présente sur /dev/sda6

sudo swapoff -a

La commande mkswap permet de définir une partition ou un fichier comme espace d'échange. Exemple pour définir la partition /dev/sda6 comme partition d'échange :

sudo mkswap /dev/sda6

Vous pouvez ensuite activer la partition d'échange avec :

sudo swapon /dev/sda6

Pour rendre cette modification permanente vous devrez également modifier votre fichier /etc/fstab pour y modifier ou ajouter une ligne du type :

/etc/fstab

# /dev/sda6
UUID=db245df9-851d-695b-a3f7-d40f039a6cc6 none            swap    sw      0      0

Et afin que vos mises en veille et hibernations se produisent correctement, vous devrez de même modifier le fichier /etc/initramfs-tools/conf.d/resume pour y renseigner le bon UUID :

/etc/initramfs-tools/conf.d/resume

RESUME=UUID=db245df9-851d-695b-a3f7-d40f039a6cc6

et ensuite, le faire prendre en compte par le système :

sudo update-initramfs -u -k $(uname -r)

Il vaut mieux, après cela, redémarrer la machine.

sudo blkid /dev/sda6

sudo mkswap -U <l'UUID desirée> /dev/<votre partition>

Puisque l'espace d'échange se trouve dans le disque dur, ceci peut causer quelques problèmes de performances dans un système l'utilisant massivement, car le système peut essayer de lire et écrire à la fois des pages mémoire dans l'espace d'échange et des fichiers situés ailleurs dans le disque dur. Une manière de réduire cet effet de compétition d'accès aux ressources du disque dur consiste à fractionner l'espace d'échange sur plusieurs disques durs physiques. Ainsi, l'espace d'échange étant partagé entre plusieurs périphériques, la compétition pour l'accès aux ressources est réduite – voire éliminée.

zRAM permet de compresser la RAM si besoin, afin d'éviter/retarder le swap disque (car le swap disque est de nos jours très lent par rapport à la vitesse de traitement en RAM, même sur les anciennes machines avec peu de RAM le bénéfice est généralement visible)

Il est possible d'encrypter sa partition swap. Il semblerait que cette option s'active automatiquement dès lors que l'utilisateur choisit de chiffrer sa partition home à l'installation, ce qui est recommandé.

• Si la partition swap existe déjà, passer directement à l'étape suivante.

$ sudo mkswap /dev/sdaX
Setting up swapspace version 1, size = 4194300 KiB
no label, UUID=9da9cf5e-2ac7-95b9-6156-a0ecffef2e99
$ sudo swapon /dev/sdaX

* Exécuter ensuite le script ecryptfs-setup-swap (inclus dans le paquet ecryptfs-utils) :

$ sudo ecryptfs-setup-swap 

WARNING:
An encrypted swap is required to help ensure that encrypted files are not leaked
to disk in an unencrypted format.

HOWEVER, THE SWAP ENCRYPTION CONFIGURATION PRODUCED BY THIS PROGRAM 
WILL BREAK HIBERNATE/RESUME ON THIS SYSTEM!

NOTE: Your suspend/resume capabilities will not be affected.

Do you want to proceed with encrypting your swap? [y/N]: y

INFO: Setting up swap: [/dev/sdaX]
 * Stopping remaining crypto disks...                                    
 * cryptswap1 (stopped)...                                                [ OK ]
 * Starting remaining crypto disks...                                    
 * cryptswap1 (starting)..
 * cryptswap1 (started)...                                                [ OK ]
INFO: Successfully setup encrypted swap!

Le script effectue la modification automatique des fichiers crypttab and fstab.

* Pour vérifier le résultat :

$ cat /etc/crypttab | grep /dev/sdaX
cryptswap1 /dev/sdaX /dev/urandom swap,cipher=aes-cbc-essiv:sha256
$ cat /etc/fstab | grep cryptswap1
/dev/mapper/cryptswap1 none swap sw 0 0

Les lignes qui suivent permettent de basculer d'une swap normale à une swap cryptée, et vice-versa.

$ sudo ecryptfs-setup-swap

Difficile de faire plus simple.

La démarche est un peu plus complexe. Elle nécessite de désactiver la swap, de supprimer la couche ecryptfs, de reformater la partition en mode swap ordinaire puis de l'activer (pour mémoire fdisk -l ou blkid vous permettront de retrouver le numéro de la partition qui est du type /dev/sdaN; N étant le numéro de la partition).

$ sudo swapoff -a
$ sudo cryptsetup remove /dev/mapper/cryptswap1
$ sudo vim /etc/crypttab

Dans votre éditeur de texte préféré, supprimer la ligne /dev/sdaN puis enregister.

sudo /sbin/mkswap /dev/sdaN
sudo swapon /dev/sdaN
sudo vim /etc/fstab

À nouveau dans votre éditeur de texte préféré, supprimer la ligne /dev/mapper/cryptswap1 avec /dev/sdaN puis enregistrer. Redémarrer pour activer la modification.

• (en) Official Ubuntu Forum ; sujet : Questions fréquentes concernant la SWAP
• (en) Linux add a swap file howto — { Comment ajouter un fichier d'échange sous Linux } sur le blog Nix Craft — Date : 18 mai 2006 ; mise à jour : 3 mai 2017.
• Vidéo: Comprendre l’intérêt d'une RAM
• (en) la source pour le cryptage de la swap
• (en) Activer et désactiver le cryptage de la swap

Contributeurs : foustala, laurentb, krop, huit_six, claudiux, SeTtHe, fnx, eagle08,
les contributeurs de la documentation d'Ubuntu