Capitolo 71. Memoria virtuale

La memoria virtuale è un'estensione della memoria centrale attraverso l'utilizzo della memoria di massa. In pratica, l'estensione apparente della memoria RAM avviene attraverso lo scambio con un'area adibita a questo scopo nel disco fisso. Il termine inglese swap deriva da questa continua operazione di scambio.

Utilizzando un sistema GNU/Linux comune, se non si dispone di una quantità di memoria RAM molto grande (anche molto superiore a 32 Mibyte) è necessario attivare il meccanismo della memoria virtuale. La tabella 71.1 elenca i programmi e i file a cui si accenna in questo capitolo.

Tabella 71.1. Riepilogo dei programmi e dei file per la gestione della memoria virtuale.

Nome	Descrizione
mkswap	Inizializza un'area di scambio della memoria.
swapon	Attiva un'area di scambio della memoria.
swapoff	Disattiva un'area di scambio della memoria.
/etc/fstab	Elenco di file system e di aree di scambio gestiti automaticamente.

71.1 Creazione di una partizione o di un file di scambio

Con GNU/Linux è possibile attivare la gestione della memoria virtuale utilizzando due tipi di aree nel disco fisso: una partizione dedicata oppure un file. Dal momento che possono essere gestite diverse aree di scambio, conviene attivarne almeno una, utilizzando una partizione dedicata. In pratica, la partizione di scambio dovrebbe consentire almeno la gestione normale del sistema, mentre i file di scambio potrebbero servire come un mezzo eccezionale per estenderne la dimensione.

In questo senso, la scelta della dimensione della partizione di scambio è importante perché una volta deciso, questa normalmente non può più essere cambiata facilmente. La dimensione massima di un'area di scambio è di 128 Mibyte se si utilizzano kernel 2.0.* o precedenti (mentre nella serie 2.2.* questo limite è stato superato) e possono esserne definite un massimo di 16. In generale, per la partizione di scambio è conveniente utilizzare una dimensione pari ad almeno la stessa quantità della memoria RAM effettiva, con un minimo di circa 40 Mibyte.⁽¹⁾

Prima di poter attivare la gestione della memoria virtuale è necessario creare lo spazio in cui potranno risiedere le aree di scambio relative. Ciò vale anche nel caso in cui per questo si vogliano utilizzare dei file.

71.1.1 Partizione di scambio

La creazione di una partizione di scambio per la memoria, procede nello stesso modo con cui si crea una qualunque altra partizione. In questo caso non c'è la necessità di eseguire un avvio del sistema operativo su tale partizione, di conseguenza si possono usare anche partizioni logiche contenute in partizioni estese senza problemi di alcun tipo.

La creazione della partizione richiede l'utilizzo di fdisk, oppure di cfdisk, ricordando però di assegnare alla partizione il tipo corretto di identificatore: 82₁₆ (Linux-swap).

71.1.2 File di scambio

La caratteristica necessaria di un file destinato a fungere da area di scambio è quella di essere continuo; non può quindi essere frammentato. Il modo corretto per creare un file con queste caratteristiche è quello di utilizzare il programma dd nel modo seguente:

dd if=/dev/zero of=file_da_creare bs=4096c count=dimensione

In questo caso, la dimensione fa riferimento a blocchi di 4 Kibyte, pari a quanto stabilito con l'opzione bs=4096c. In effetti, la dimensione ottimale di un file del genere è un multiplo di 4 Kibyte perché le pagine di memoria, utilizzate durante lo scambio della stessa, sono di questa dimensione.

Per esempio, volendo creare il file di scambio /swap1 di 8 Mibyte si può procedere come segue:

# dd if=/dev/zero of=/swap1 bs=4096c count=2048

Se tutto si conclude come desiderato, si ottiene una risposta del tipo seguente:

2048+0 records in
2048+0 records out

71.2 Inizializzazione

Un'area di scambio deve essere inizializzata prima di poterla attivare per il suo scopo. Il programma in grado di farlo è mkswap.

Prima di usare mkswap occorre fare attenzione: l'inizializzazione che viene fatta cancella i dati della partizione o del file.

Il rischio è quello di inizializzare una partizione sbagliata o un file sbagliato.

Un'altra cosa da considerare è che non si può inizializzare un'area di scambio mentre questa è in uso. Ciò dovrebbe essere intuitivo, ma alle volte si dimentica di fare attenzione a questo particolare.

71.2.1 # mkswap

mkswap [-c] dispositivo [dimensione_in_blocchi]

mkswap ⁽²⁾ permette di predisporre una partizione o un file per lo scambio, ovvero la gestione della memoria virtuale. In generale è preferibile utilizzare una partizione dedicata che può essere creata con l'aiuto di fdisk, definendola come Linux-swap.

È preferibile utilizzare tutti gli argomenti, in modo da richiedere un controllo dell'unità (attraverso l'opzione -c) e specificando anche la dimensione in blocchi (i blocchi sono di 1 024 byte in questo caso).

Esempi

# mkswap -c /dev/hda3 33264

Viene inizializzata la partizione di scambio /dev/hda3 specificando una dimensione di 33 264 blocchi, pari a circa 32 Mibyte.

# mkswap -c /swap1 8192

Inizializza il file di scambio /swap1 creato precedentemente con una dimensione di 8 Mibyte.

71.3 Attivazione e disattivazione della memoria virtuale

Per fare in modo che un'area di scambio venga utilizzata per il suo scopo, occorre attivarne la gestione. L'operazione è compiuta dal programma swapon.

Il meccanismo è simile a quello dell'attivazione di un file system che si ottiene con il montaggio dei dischi o delle partizioni. Per questo motivo, l'attivazione delle aree di scambio può essere gestita automaticamente attraverso la configurazione del file /etc/fstab.

71.3.1 # swapon, swapoff

swapon [opzioni] [dispositivo|file]

swapoff [opzioni] [dispositivo|file]

swapon ⁽³⁾ attiva l'utilizzo di un dispositivo, o di un file, per la gestione della memoria virtuale. Di solito si tratta di una partizione o un di file di scambio creati e inizializzati appositamente. Normalmente, swapon viene chiamato da uno degli script della procedura di inizializzazione del sistema e questo allo scopo di attivare le aree di scambio previste all'interno del file /etc/fstab.

swapoff ⁽⁴⁾ è l'opposto di swapon e si occupa di disattivare la memoria virtuale su un particolare dispositivo o file per lo scambio, oppure su tutti quelli indicati nel file /etc/fstab. Utilizza la stessa sintassi e le stesse opzioni di swapon. In effetti si tratta normalmente solo di un collegamento al programma swapon che si comporta così quando viene avviato con questo nome: swapoff.

Le partizioni o i file di scambio attivati manualmente (che quindi non sono annotate nel file /etc/fstab) devono essere disattivati manualmente prima della conclusione dell'attività di GNU/Linux.

Alcune opzioni

-a

Viene attivata la memoria virtuale con l'utilizzo di tutti i dispositivi indicati come file system swap all'interno del file /etc/fstab. Se si usa questa opzione non deve essere indicato alcun dispositivo negli argomenti.

Esempi

# swapon /dev/hda3

Utilizza la partizione /dev/hda3 come memoria virtuale.

# swapon /swap1

Utilizza il file /swap1 come memoria virtuale.

# swapon -a

Avvia la gestione della memoria virtuale con tutte le partizioni e i file indicati per questo scopo nella configurazione di /etc/fstab.

# swapoff /dev/hda3

Termina la gestione della memoria virtuale con la partizione /dev/hda3.

# swapoff /swap1

Termina la gestione della memoria virtuale con il file /swap1.

# swapoff -a

Termina la gestione della memoria virtuale con tutte le partizioni indicate così nel file /etc/fstab.

71.3.2 Gestione automatica attraverso /etc/fstab

Per quanto riguarda la gestione della memoria virtuale, il file /etc/fstab permette di definire quali partizioni e file debbano essere utilizzati automaticamente per questo scopo. La configurazione di /etc/fstab per la gestione della memoria virtuale è praticamente obbligatoria, a meno di provvedere ogni volta alla sua attivazione e disattivazione attraverso l'uso diretto di swapon e swapoff.

L'esempio seguente mostra due record ipotetici di /etc/fstab per l'attivazione della partizione /dev/hda3 e del file /swap1:

# nome         collegamento  Tipo    Opzioni
/dev/hda3      none          swap    sw
/swap1         none          swap    sw

71.3.3 Procedura di inizializzazione del sistema

Durante l'esecuzione della procedura di inizializzazione del sistema, si distinguono due fasi per l'attivazione delle aree di scambio della memoria: prima dell'attivazione dei file system vengono attivate le partizioni di scambio; dopo, anche i file di scambio.

Nel file /etc/fstab non si riesce a distinguere quali siano le partizioni e quali i file, per cui è necessario un trucco molto semplice. Nella prima fase viene eseguito swapon con l'opzione -a: potranno essere attivate solo le partizioni di scambio, perché l'unico file system in funzione dovrebbe essere quello principale che inizialmente è in sola lettura. In pratica, swapon tenta di attivare anche i file, ma senza riuscirci.

Nella seconda fase, quando i file system sono in funzione, viene eseguito nuovamente swapon, ma questa volta le partizioni già attivate non potranno essere attivate nuovamente, mentre i file di scambio verranno trovati e attivati.

echo "attivazione delle partizioni di swap"
swapon -a
...
echo "attivazione dei file di swap"
swapon -a 2>&1 | grep -v "busy"

In presenza di file di scambio, l'arresto del sistema deve avvenire nel modo corretto: prima si devono disattivare i file di scambio, quindi si possono smontare i file system (riportando quello principale in sola lettura) e infine si possono disattivare le partizioni di scambio.

In pratica, spesso si disattiva subito tutta la gestione della memoria virtuale, ma questo rende problematica la conclusione delle operazioni su sistemi dotati di poca memoria. Anche sotto questo aspetto, è sempre consigliabile di evitare l'utilizzo di file di scambio.

1) Riservare uno spazio più grande del necessario per la memoria virtuale, non può essere dannoso; al massimo si traduce in uno spreco di spazio nel disco fisso.

2) util-linux: mkswap GNU GPL

3) util-linux: swapon GNU GPL

4) util-linux: swapoff GNU GPL

Dovrebbe essere possibile fare riferimento a questa pagina anche con il nome memoria_virtuale.html