zram

zram (以前は compcache と呼ばれていました) は、RAM 内に圧縮ブロックデバイスを作成するための Linux カーネルモジュールです。つまり、オンザフライのディスク圧縮を用いる RAM ディスクです。zram で作成されたブロックデバイスは、スワップとして使ったり、汎用 RAM ディスクとして使ったりすることができます。zram の最も一般的な2つの使用法は、一時ファイル (/tmp) のストレージとスワップデバイスです。初期の zram には後者の機能しか存在しておらず、ゆえに元の名前は "compcache" ("compressed cache") でした。

スワップとしての使用

最初の段階では、作成された zram ブロックデバイスは RAM を予約したり使用したりしません。ファイルをスワップアウトする必要が生じた場合にのみ、そのファイルは圧縮され、zram ブロックデバイスへ移動されます。zram ブロックデバイスは必要に応じて動的に拡大/縮小します。

Zstd の圧縮率が 1/2 までしか達しないと仮定したとしても (実際には圧縮率は 1/3 に達することが多いです)、zram は、メモリ圧縮を用いない場合より多くのデータを RAM 上に保管することができます。

ノート:

Zram を設定する際、zram デバイスのサイズは格納可能な未圧縮データの最大サイズであり、圧縮後の最大サイズではないことに注意してください。Zram のサイズは、圧縮後のサイズがシステムの物理 RAM 容量を超えない限り、システムの物理 RAM 容量より大きくすることができます。
zswap 関連のカーネル機能が有効化されたままだと、zram が効果的に使用されなくなってしまいます。これは、zswap が zram より前にスワップキャッシュとして機能し、追い出されたメモリページを zram への到達前にンターセプトして圧縮するからです。zramctl(8) の出力結果にも関わらず、この状況では zswap のほとんどが使用されていません。そのため、起動前にカーネルパラメータか sysfs の設定でzswap を永続的に無効化しておくことが推奨されます。
zram 上のスワップへのハイバネートはサポートされていません。たとえ zram が永久記憶装置上のバッキングデバイスを使うように設定されていたとしてもです。logind は、zram 上のスワップ領域へハイバネートしようとする試みから保護します。

ヒント: Zram が圧縮後のデータを格納するために使用できる最大メモリ量は mem_limit パラメータで指定できます。

まず最初に、システムメモリの半分の容量で設定してみましょう。

手動で

システムメモリの半分の容量を持ち、通常より高い優先度の、zstd で圧縮された zram デバイスを (現在のセッション限定で) セットアップするには:

# modprobe zram
# zramctl /dev/zram0 --algorithm zstd --size "$(($(grep -Po 'MemTotal:\s*\K\d+' /proc/meminfo)/2))KiB"
# mkswap -U clear /dev/zram0
# swapon --discard --priority 100 /dev/zram0

無効化するには、再起動するか、以下を実行してください:

# swapoff /dev/zram0
# modprobe -r zram
# echo 1 > /sys/module/zswap/parameters/enabled

すべての手順、オプション、および潜在的な問題の詳細な説明は zram モジュールの公式ドキュメントで見られます。

zram を永続的に設定するには、以下のいずれかのセクションの方法を取ってください。

udev ルールを使う

以下の例は、1つの udev ルールを使って起動時に自動的に zram 上にスワップをセットアップする方法を示しています。これを行うために、追加のパッケージは必要ないはずです。

明示的に起動時にモジュールをロードしてください:

/etc/modules-load.d/zram.conf

zram

以下の udev ルールを作成してください。必要に応じて disksize 属性を調整してください:

/etc/udev/rules.d/99-zram.rules

ACTION=="add", KERNEL=="zram0", ATTR{comp_algorithm}="zstd", ATTR{disksize}="4G", RUN="/usr/bin/mkswap -U clear /dev/%k", TAG+="systemd"

/dev/zram をfstab に追加し、デフォルトよりも高い優先度を割り当ててください:

/etc/fstab

/dev/zram0 none swap defaults,discard,pri=100 0 0

ノート: zram 上のスワップ領域は fstab から LABEL や UUID で参照することはできません。udev は zram デバイスに対する /dev/disk/by-label/* シンボリックリンクと /dev/disk/by-uuid/* シンボリックリンクを作成しないからです。

zram-generator を使う

zram-generator は、zram デバイスを自動的に初期化する systemd-zram-setup@zramN.service ユニットを提供しています。ユーザーはこのテンプレートまたはインスタンスを手動で有効化/起動する必要はありません。zram-generator(8) を参照してください。

Zram-generator を使うには、zram-generator をインストールし、以下のような /etc/systemd/zram-generator.conf を作成してください:

/etc/systemd/zram-generator.conf

[zram0]
zram-size = min(ram / 2, 4096)
compression-algorithm = zstd

zram-size は zram デバイスのサイズ (MiB) です。ram という識別子でメモリ全体の容量を表すことができます。

compression-algorithm は zram デバイスでの圧縮に使用するアルゴリズムを指定します。cat /sys/block/zram0/comp_algorithm を実行すれば、利用可能な圧縮アルゴリズムが列挙されます (現在利用されているものはカッコで囲われます)。 zram-generator.conf(5) を参照してください。

次に、daemon-reload を実行し、systemd-zram-setup@zramN.service インスタンスを開始します (N はインスタンス ID です。この例では systemd-zram-setup@zram0.service となります。)。

systemd-zram-setup@zramN.service インスタンスのユニットステータスを見るか、zramctl(8) か swapon(8) を使うことで /dev/zramN デバイスの swap 状態を確認することができます。

zramswap を使う

zramswap^AUR は、システム RAM の 20% のサイズをデフォルトで持つ、高い優先度のスワップをセットアップするための自動化されたスクリプトを提供します。起動毎にこれを自動的に行うには、zramswap.service を有効化してください。

zramd を使う

zramd^AUR は、デフォルトで zstd 圧縮アルゴリズムを使う zram を自動的にセットアップします。設定は /etc/default/zramd で変更できます。zramd.service ユニットを有効化することで、ブート時に zramd を起動できます。

ヒントとテクニック

zram の統計を確認する

zramctl(8) を使用してください。例えば:

$ zramctl

NAME       ALGORITHM DISKSIZE  DATA  COMPR  TOTAL STREAMS MOUNTPOINT
/dev/zram0 zstd           32G  1.9G 318.6M 424.9M      16 [SWAP]

DISKSIZE = 32G: この zram デバイスには圧縮前のデータを 32 GiB まで格納できます。
DATA = 1.9G: 現在、1.9 GiB (圧縮前) のデータがこの zram デバイスに格納されています。
COMPR = 318.6M: 圧縮前データ 1.9 GiB が 318.6 MiB に圧縮されています。
TOTAL = 424.9M: メータデータを含めて、圧縮前データ 1.9 GiB は物理メモリ内の 424.9 MiB を占めています。

複数の zram デバイス

デフォルトでは、zram モジュールをロードすると単一の /dev/zram0 デバイスが作成されます。

複数の /dev/zram デバイスが必要である場合は、num_devices カーネルモジュールパラメータを使って数を指定するか、後で必要に応じて追加してください。

zram 上のスワップを最適化する

zram はディスクスワップとは異なる挙動をするため、システムのスワップを設定することで zram の利点を最大限活用することができます:

/etc/sysctl.d/99-vm-zram-parameters.conf

vm.swappiness = 180
vm.watermark_boost_factor = 0
vm.watermark_scale_factor = 125
vm.page-cluster = 0

この設定の説明:

これらの値は Pop!_OS が使用しているものです。Pop!_OS の GitHub プルリクエストには、r/Fedora のユーザによるテスト結果へのリンクもあります。このテストでは vm.page-cluster = 0 が理想的であると判断されました。また、swappiness を高い値にすることも良いこと分かりました。このことは、カーネルのドキュメントで提案されていることとも合致します:

デフォルトの値は 60 です。

zram や zswap といったメモリ内のスワップの場合や、ファイルシステムよりも高速なデバイス上にスワップが存在するハイブリッドなセットアップの場合では、100 以上の値を検討することができます。例えば、スワップデバイスに対するランダム IO がファイルシステムに対する IO よりも平均して 2 倍速いのならば、swappiness は 133 とするべきでしょう (x + 2x = 200, 2x = 133.33)。

ハードドライブのあるシステムでは、zswap デバイスに対するランダム I/O は、ファイルシステムに対する I/O よりも桁違いに高速であるため、swappiness はだいたい 200 とすべきでしょう。高速な SSD のあるシステムでも、swappiness の値を高くすることが理想的である場合があります。

zram ブロックデバイスでバッキングデバイスを有効化する

zram では、高メモリ負荷な状況で、指定したブロックデバイスに圧縮できないページを保存することができます。

バッキングデバイスを手動で追加するには:

# echo /dev/sdX > /sys/block/zram0/backing_dev

zram-generator を使って zram ブロックデバイスにバッキングデバイスを追加するには、/etc/systemd/zram-generator.conf の [zramX] (バッキングデバイスを追加したいデバイス) セクション内に以下の記述を追加してください:

/etc/systemd/zram-generator.conf

writeback-device=/dev/disk/by-partuuid/XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX

zram をスワップ以外の目的で使う

zram は RAM 上の汎用ブロックデバイスとして使うこともできます。単なる RAM ディスクと比べて物理メモリの使用量は少なくなりますが、パフォーマンスがわずかに低下します。ただし、いくつかの注意点があります:

パーティションテーブルのサポートはありません (/dev/zramxpy ファイルは自動的に作成されません)。
ブロックサイズは 4 kiB に固定されます。

これらの問題を回避する方法は、zram に対してループバックデバイスを使用することです。losetup を使い、-b オプションでブロックサイズを指定し、-P オプションでパーティションテーブルの再スキャンを行って zram のパーティションループバックデバイスを自動的に作成します。

# zramctl -f -s NG

/dev/zramx

ディスクイメージを新しい /dev/zram に書き込んでください:

この記事またはセクションの正確性には問題があります。

理由: 以下でブロックサイズを 512 バイトに設定している理由は? (議論: トーク:Zram#)

# losetup -f -b 512 -P /dev/zramx

# ls /dev/loop*

/dev/loop0 /dev/loop0p1 /dev/loop0p2

# mount /dev/loop0p1 /mnt/boot
# mount /dev/loop0p2 /mnt/root