Заметки о Windows и других программных продуктах Microsoft...

Выбираем размер файла подкачки

Выбираем размер файла подкачки

Вопрос о размере файла подкачки довольно часто встречается на различных технических ресурсах, однако однозначных рекомендаций на этот счет нет. Попадаются как советы установить файл подкачки в 1.5-2 раза больше объема установленной памяти, так и полностью отключить его. И то и другое абсолютно бессмысленно с практической точки зрения. Поэтому сегодня речь пойдет о том, что такое файл подкачки (он же своп-файл, он же страничный файл) и как правильно выбрать и настроить его размер.

Чтобы понять, для чего нужен файл подкачки, стоит сначала разобраться в принципах работы памяти в Windows. Поэтому начнем с теории.

Виртуальная память

Как правило, говоря о памяти мы имеем в виду модули оперативной памяти, физически установленные на компьютере, или физическую память. Объем доступной физической памяти жестко ограничен и зависит от возможностей оборудования, разрядности операционной системы и условий лицензирования. Для того, чтобы обойти эти ограничения, в операционных системах Windows используется такой ресурс, как виртуальная память.

Операционная система Windows работает не с физической, а именно с виртуальной памятью. Технически виртуальная память состоит из физической памяти (ОЗУ) и специального файла(-ов) подкачки, объединенных в единое виртуальное адресное пространство. Для каждого запущенного процесса выделяется собственное, отдельное от других процессов адресное пространство в виртуальной памяти, в котором он выполняется и которым управляет. Для обращения к памяти используются указатели на адреса в виртуальном адресном пространстве, при этом сам процесс не в курсе 🙂 того, где именно хранятся его данные — в ОЗУ или в файле, это решает операционная система.

Максимально возможный объем доступной виртуальной памяти зависит от разрядности операционной системы. Так в 32-разрядной системе процесс может адресовать не более 4 гигабайт (232) памяти. Для 64-разрядного процесса теоретическое ограничение составляет 16 экзабайт (264), а практически в современных 64-разрядных версиях Windows поддерживается адресное пространство объемом до 16 терабайт.

Примечание. Некоторые 32-разрядные версии Windows Server используют технологию PAE, позволяющую адресовать до 64ГБ памяти. Подробнее о PAE можно узнать здесь.

В отличии от физической, виртуальная память имеет гораздо более гибкие ограничения. Это позволяет одновременно выполняться большому количеству процессов, которые не смогли бы поместиться в физической памяти. Таким образом, основная задача механизма виртуальной памяти — расширение доступной памяти компьютера.

Управление памятью происходит примерно так.

Виртуальное адресное пространство поделено на блоки равного размера, которые называют страницами (pages). Отсюда кстати и название pagefile — страничный файл. Физическая память также поделена на разделы, называемые страничными фреймами (page frames), которые используются для хранения страниц.

Каждому процессу при старте выделяется ″кусок″ адресного пространства в виртуальной памяти. Соответственно в каждый момент времени в памяти находятся страницы из виртуального адресного пространства каждого процесса. Страницы, находящиеся в физической памяти и доступные немедленно, называются действительными (valid pages), а страницы, которые в данный момент недоступны, например находящиеся на диске — недействительными (invalid pages).

При обращении процесса к странице памяти, помеченной как недействительная, происходит страничное прерывание (page fault). При возникновении прерывания диспетчер виртуальной памяти находит запрашиваемую страницу и загружает ее в свободный страничный фрейм физической памяти. Собственно этот процесс и называется подкачкой (paging).

При дефиците физической памяти диспетчер памяти выбирает фреймы, которые можно освободить и переносит их содержимое на диск, в файл подкачки. Принцип переноса такой: когда процесс использовал все выделенные ему фреймы, то при каждом страничном прерывании в этом процессе система удаляет из физической памяти одну из его страниц. Выбор страницы осуществляется по принципу первым пришел — первым ушел (first in, first out, FIFO), т.е. в файл подкачки переносится страница, дольше всех находившаяся в памяти.

У каждого процесса есть свой рабочий набор (working set) — набор страниц, находящихся в физической памяти. Рабочий набор определяет размер физической памяти, выделенной процессу, он имеет минимальный и максимальный размер. В момент запуска процессу назначается минимальный размер рабочего набора, т.е. минимальное количество страниц, которые гарантированно будут находится в оперативной памяти. При достаточном количестве свободной физической памяти процесс может увеличивать свой рабочий набор до размера, равного максимальному рабочему набору. Когда же начинается нехватка памяти, диспетчер виртуальной памяти начинает урезать рабочий набор всех процессов до минимального, удаляя лишние страницы из физической памяти.

После уменьшения рабочего набора процесса до минимума диспетчер памяти отслеживает страничные прерывания, генерируемые каждым процессом. При большом количестве прерываний диспетчер может увеличить размер рабочего набора процесса, при отсутствии — продолжает уменьшать рабочий набор до тех пор, пока не произойдет прерывание. Появление прерывания говорит о том, что достигнут минимальный размер памяти, необходимый процессу для работы. Таким образом достигается баланс между потреблением физической памяти и производительностью.

На самом деле это очень примерное описание работы виртуальной памяти, но для общего понимания его вполне хватит. Поэтому завязываем с теорией и переходим к практике.

Текущие настройки файла подкачки

Посмотреть текущий размер файла можно в оснастке Свойства системы (System Properties). Для этого надо нажать Win+R и выполнить команду sysdm.cpl. Затем перейти на вкладку «Advanced», в поле «Performance» нажать на кнопку «Settings» и в открывшемся окне перейти на вкладку «Advanced».

Здесь указан суммарный размер файла подкачки на всех дисках, а по кнопке «Change» можно перейти к его настройкам.

текущий размер файла подкачки

 

По умолчанию включено автоматическое управление размером файла подкачки. Это значит, что операционная система создает один файл подкачки pagefile.sys в корне системного диска и устанавливает его размер автоматически, исходя из своих потребностей.

файл подкачки, настройки по умолчанию

Дамп памяти

Чтобы понять, чем руководствуется система при выборе размера файла подкачки, опять перейдем к теории и обратимся к такому понятию как дамп памяти (memory dump). Дело в том, что кроме расширения физической памяти файл подкачки имеет еще одно назначение — он используется при создании аварийных дампов памяти при сбоях системы. Происходит это следующим образом.

Во время загрузки операционная система создает карту секторов, занимаемых на диске файлом подкачки и сохраняет ее в памяти. При сбое системы проверяется целостность этой карты, драйвера диска и управляющей структуры дискового драйвера. Если целостность их не нарушена, то ядро системы вызывает специальные функции ввода\вывода, предназначенные для сохранения образа памяти после системного сбоя и записывает данные из памяти на диск, в файл подкачки, используя сохраненную карту секторов.

При следующей загрузке системы диспетчер сеанса (Session Manager Subsystem Service, SMSS) инициализирует файл подкачки и проверяет наличие в нем заголовка дампа. Если заголовок есть, то данные копируются из файла подкачки в файл аварийного дампа и делается соответствующая запись в системном журнале.

Соответственно при автоматическом управлении файлом подкачки система ориентируется на настройки создания аварийного дампа памяти, выбирая размер файла в соответствии с типом дампа:

• Полный дамп памяти (Complete memory dump) — в дамп записывается все содержимое оперативной памяти на момент сбоя, поэтому размер файла подкачки должен быть равен размеру физической памяти + 1Мб (для заголовка). Этот тип выбирается по умолчанию при количестве физической памяти меньше 4ГБ;
• Дамп памяти ядра (Kernel memory dump) —  в дамп записывается только память, выделенная для ядра ОС, драйверов устройств и приложений, работающих в режиме ядра. Дамп ядра занимает гораздо меньше места, чем полный дамп, при этом его как правило достаточно для определения причин сбоя. Этот тип дампа выбирается по умолчанию для систем с объемом ОЗУ 4ГБ и более. Минимальный размер файла подкачки должен составлять примерно 1/3 от объема физической памяти;
• Малый дамп памяти (Small memory dump) — мини-дамп, в котором содержатся минимально необходимые данные: стоп-код и описание ошибки, список загруженных драйверов и информация о запущенных в момент сбоя процессах. Этот дамп требует файл подкачки не менее 2Мб;
• Автоматический дамп памяти (Automatic memory dump) — новый тип дампа, появившийся в  Windows 8\Server 2012 и более новых. На самом деле это тот же дамп ядра, единственная разница в том, что он позволяет системе динамически управлять размером файла подкачки, выбирая наиболее оптимальный размер.

Настройки дампа памяти находятся в расширенных свойствах системы, в разделе Загрузка и восстановление (Startup and Recovery). Здесь можно один из четырех типов дампа либо совсем отключить его создание.

настройки дампа памяти

 

Даже зная настройки дампа и объем физической памяти, не получится точно сказать, какого размера файл подкачки создаст система. Поэтому я решил немного поэкспериментировать, для чего взял в качестве подопытных 2 системы — клиентскую Windows 8.1 (x64) и серверную Windows Server 2012 R2 и проверил, как размер файла подкачки зависит от объема физической памяти и настроек дампа. Вот что получилось:

Windows 8.1
4Гб ОЗУ
Windows 8.1
8Гб ОЗУ
Windows Server 2012 R2
4Гб ОЗУ
Windows Server 2012 R2
8Гб ОЗУ
Полный дамп  4352 Мб  8704 Мб  4352 Мб  8704 Мб
Дамп ядра  4096 Мб  8192 Мб  4096 Мб  8192 Мб
Автоматический дамп  704 Мб  1280 Мб  1408 Мб  1920 Мб
Малый дамп  320 Мб  512 Мб  1408 Мб  1920 Мб
Нет дампа  320 Мб  512 Мб  1408 Мб  1920 Мб

Как видите, размер файла напрямую зависит не только от объема ОЗУ и настроек дампа, но и от типа операционной системы. Кроме того, отключение дампа не означает полное отсутствие файла подкачки.

Также стоит напомнить, что это начальные значения. При нехватке виртуальной в процессе работы памяти система может увеличивать файл подкачки вплоть до максимального значения, которое при автоматической настройке составляет 3 объема физической памяти.

Определение необходимого размера файла подкачки

Хотя размером файла подкачки и можно управлять через настройки дампа памяти, однако это не самый прямой способ. Гораздо правильней настроить размер файла вручную. Остается только выяснить, какой размер можно считать достаточным.

Однозначного ответа на этот вопрос нет. Единственный способ более-менее точно установить размер файла подкачки  — это собрать в данной конкретной системе данные по потреблению памяти и использованию файла подкачки, выяснить, какой максимальный объем памяти может быть занят службами\приложениями и насколько реально используется файл подкачки. На основании полученных данных и следует выбирать размер файла.

Оперативно оценить текущее потребление виртуальной памяти можно в Task manager, в разделе Performance (производительность). В поле Commited показано отношение используемой виртуальной памяти к ее общему количеству. В моем примере на компьютере установлено 64Гб оперативной памяти и такого же объема файл подкачки. Текущий объем виртуальной памяти составляет 128Гб, занято 65Гб. Из них 62,4Гб приходятся на оперативную память и 2,6Гб на файл подкачки.

Диспетчер задач, вкладка Производительность

 

Также для сбора информации можно воспользоваться счетчиками производительности. Счетчики предоставляют больше информации, а также позволяют собрать статистику за определенное время, что позволит более точно определить потребности системы в виртуальной памяти. Нам потребуются следующие счетчики производительности:

Memory, Commited Bytes — этот счетчик показывает, какое количество байт в виртуальной памяти занято текущими процессами. Когда значение Commited Bytes превышает объем физической памяти, система начинает активно использовать файл подкачки;
Memory, Available Bytes — объем свободной физической памяти на компьютере. Этот параметр показывает загруженность оперативной памяти, а чем меньше физической памяти остается, тем активнее система использует файл подкачки.
Memory, Commit Limit — значение, равное сумме объема оперативной памяти и текущего размера файла подкачки. По другому  — максимальное количество виртуальной памяти, которое может быть выделено всем процессам без увеличения размера файла подкачки.
Memory, %Commited Bytes In Use — показывает процент использования виртуальной памяти. Представляет из себя отношение Commited Bytes \Commit Limit.
Paging File, %Usage — процент использования файла подкачки, текущее значение.
Paging File, %Usage Peak — процент использования файла подкачки, пиковое значение.

Для более глубокого анализа потребления памяти можно дополнительно использовать такие счетчики:

Memory, Page Fault\sec — количество страничных ошибок (прерываний) в секунду при обращении к страницам памяти. Напомню, что страничное прерывание возникает при обращении к странице памяти, которая была выгружена на диск.
Memory, Pages\sec — показывает, сколько страниц в секунду было прочитано\записано в рамках страничного прерывания.  Проще говоря, этот счетчик показывает интенсивность обмена данными между оперативной памятью и файлом подкачки. Представляет из себя сумму счетчиков Pages Input\sec  и Pages Outpit\sec.
Process, Working Set — показывает текущее использование физической памяти активными процессами. Значение Total выдает суммарный объем по всем процессам, но можно вывести данные отдельно и по каждому конкретному процессу. Этот счетчик не имеет прямого отношения к файлу подкачки, но может помочь при диагностике проблем с производительностью.

счетчики производительности для файла подкачки

 

Как видно на примере, 64-гигабайтный файл подкачки реально используется всего на 2-3%. То есть для нормальной работы с избытком хватит файла подкачки размером 4Гб. И это при том, что сервер очень прилично нагружен, для менее загруженного компьютера цифры будут еще меньше.

Отдельно стоит упомянуть о выборе размера файла подкачки для компьютеров с ролью Hyper-V.  Дело в том, что в силу особенностей архитектуры гипервизор не использует файл подкачки для виртуальных машин даже в случае нехватки физической памяти. На серверах Hyper-V файл подкачки нужен исключительно для целей хостовой системы, в которой используется лишь небольшая часть ОЗУ (обычно не более 2-4ГБ). Поэтому создавать файл подкачки, исходя из общего объема физической памяти в данном случае абсолютно бессмысленно.

Настройка

Определив необходимый размер, переходим непосредственно о настройке. Для изменения размера файла подкачки открываем свойства виртуальной памяти и отключаем автоматический выбор размера. Затем в поле «Drive» выбираем логический диск, на котором будет располагаться файл, выбираем опцию «Custom size», указываем начальный и максимальный размер файла подкачки и жмем «Set». Для того, чтобы изменения вступили в силу, после настройки может потребоваться перезагрузка системы.

Для файла подкачки существуют некоторые ограничения:

• Максимальный размер файла может быть не более 16ТБ для 64-битной и не более 4ГБ для 32-битной системы;
• Можно создавать до 16 файлов подкачки, но каждый должен быть расположен на отдельном томе (логическом диске);
• Для возможности создания аварийного дампа памяти необходимо, чтобы файл подкачки (хотя бы один) находился на системном диске.

изменение настроек файла подкачки

 

Для автоматизации процесса настройки можно использовать вот такой PowerShell скрипт (подставив свои значения):

# Disable automatic management for pagefile
$ComputerSystem = Get-WmiObject -Class Win32_ComputerSystem -EnableAllPrivileges
if ($ComputerSystem.AutomaticManagedPagefile) {
$ComputerSystem.AutomaticManagedPagefile = $false
$ComputerSystem.Put()
}
# Set manual size for pagefile
$PageFile = Get-WmiObject -Class Win32_PageFileSetting -EnableAllPrivileges
$PageFile.InitialSize = 4096
$PageFile.MaximumSize = 8192
$PageFile.Put()

Заключение

В заключение некоторые практические советы, которые могут помочь в настройке.

• При ручной настройке необходимо указать начальный и максимальный размер файла. В этом случае система создает файл начального размера, при необходимости увеличивая его до тех пор, пока он не достигнет максимального. При увеличении размера возможна фрагментация файла подкачки, что скажется на его быстродействии. Для борьбы с фрагментацией можно изначально указать начальный и максимальный размер одинаковыми. Тогда система сразу выделит под файл все необходимое место, а статический размер файла исключит возможную фрагментацию в дальнейшем.
• Для увеличения производительности системы файл подкачки можно перенести на другой раздел. Уточню, что переносить файл стоит только на раздел, находящийся на другом физическом диске. Размещение файла подкачки на дополнительном раздел одного и того же диска не приведет к повышению быстродействия. На практике имеет смысл перенос файла подкачки на отдельный SSD-диск, это может дать заметный прирост производительности.
• Еще один теоретический 🙂 способ повысить скорость работы с файлом подкачки — разместить его на отдельном, специально выделенном только под него разделе, для которого установить размер кластера 64Кб (вместо 4Кб по умолчанию). При работе с большими файлами (такими, как файл подкачки) большой размер кластера может повысить производительность файловой системы. Чем больше размер кластера, тем большими блоками читаются\пишутся данные, соответственно для одинакового объема данных при размере кластера 64Кб потребуется в 16 раз меньше операций чтения\записи, чем для 4Кб.
• Кое где встречаются советы полностью отключить файл подкачки. Действительно, в отдельных случаях это может дать некоторый прирост производительности, хотя лично я не вижу в этом большой пользы. Как можно убедиться с помощью счетчиков производительности, при наличии свободной физической памяти ОС и так использует файл подкачки по минимуму, поэтому прирост будет незначительный. Если же при отключенном файле подкачки в процессе работы закончится физическая память, то приложение, потребляющее память, будет остановлено, что чревато сбоем в работе и потерей данных. Кроме того, при отсутствии файла подкачки Windows не сможет сохранить дамп памяти в случае сбоя.
• И последнее. Манипуляции с файлом подкачки не особо сильно влияют на производительность системы в целом. Повторюсь, при достаточном количестве физической памяти файл подкачки используется по минимуму. Если же в системе постоянно не хватает памяти и она активно использует файл подкачки, то в первую очередь стоит подумать о расширении физической памяти.

 
 
Комментарии
Денис

Если рассказали про формулу 2^32, то надо было и про PAE упомянуть. Иначе получается, что 32-разрядная Windows Server 2003 может работать c ОЗУ объёмом до 64 ГБ только при помощи магии.

Логичное замечание. Добавил в статью ссылку на PAE.

Guten Abend всем читающим и автору конечно,
Всем кому лень читать можно остановится на заключение, коротко и ясно. 🙂
Читая заключине было такое эмоциональное впечетление А-А-А! ; ) Оооо! ;( мол все упомянутое выше херня ставте побольше памяти 🙂 ну по суте так и есть, если нехватает.
Раз вы упямянули в 2-ом пункте SSD, может стоило упименуть и в 1-ом, думаю о фрагметации файла на SSD нестой задумоватся, или как вы считаете?
Также и в 3-ем пункте увелечение кластера на SSD особой скорости на SSD непридатут.

и кое что я непонял.
«них 62,4Гб приходятся на оперативную память и 2,6Гб на файл подкачки.»
как вы пощитали 2,6Гб файла подкачки?

Извеняюсь за ошибки писал в транслите,
немецкий не выучил а русский уже забыл.

Подсчет такой: Commited 65/128GB — значит используется 65Гб виртуальной памяти. Установлено 64Гб физической памяти, из которой используется (In use) 62,4Гб, свободно (Available) 1,6Гб. Получается 65Гб — 62,4Гб = 2,6Гб приходится на файл подкачки.

По поводу остального — стоит прочитать в общеобразовательных целях. Ну а выводы каждый для себя сделает сам 🙂

Скрипт не будет работать в PowerShell 2.0 (Windows 7)

На Windows 7 можно установить более свежую версию PowerShell.

Дмитрий

Редко встретишь умных людей таких, которые настолько знают се тонкости! спасибо большое