Zram: как сжатая память превращает слабое железо в быстрое

Старый ноутбук с 4 гигабайтами памяти начинает задыхаться при открытии десятка вкладок браузера? Система намертво зависает, когда запускаете LibreOffice вместе с Firefox? Знакомая картина для владельцев техники пятилетней давности и старше. Диск начинает скрипеть, курсор замирает, а терпение заканчивается. Но есть способ вернуть отзывчивость без похода в магазин за новыми планками памяти.

Речь про zram – технологию, встроенную в ядро Linux ещё с 2014 года, но до сих пор остающуюся в тени для многих пользователей. Это не очередной "хак", а официальный модуль ядра, который создаёт сжатое блочное устройство прямо в оперативной памяти. Звучит как противоречие: зачем сжимать и без того дефицитную память? Фокус в том, что современные алгоритмы компрессии способны упаковать данные в три-четыре раза плотнее, фактически расширяя доступный объём без единого апгрейда.

Почему обычный swap убивает производительность

Когда системе не хватает оперативной памяти, она начинает выгружать неактивные данные в специальный раздел подкачки – swap. На бумаге схема простая: освобождаем место для работающих приложений, а редко используемое отправляем на диск. Проблема в скорости доступа. Даже относительно свежий SATA SSD выдаёт 500 мегабайт в секунду, тогда как оперативная память работает на скоростях 10-50 гигабайт. Разница в сотню раз.

С жёсткими дисками ситуация ещё печальнее. HDD со скоростью 100-200 МБ/с превращает каждое обращение к swap в мучительное ожидание. Система начинает "молотить" диском: читает страницу из swap, записывает другую обратно, снова читает. Этот процесс называется thrashing – постоянная перекидка данных между диском и памятью. В итоге компьютер тратит больше времени на перемещение информации, чем на полезную работу.

Zram меняет правила игры. Вместо медленного диска данные попадают в сжатый участок той же оперативной памяти. Да, на сжатие тратится процессорное время, но современные CPU справляются с этим настолько быстро, что задержка оказывается в десятки раз меньше, чем при обращении к накопителю. Получается парадоксальная выгода: занимаем часть памяти под компрессию, но в итоге получаем больше эффективного пространства.

Математика сжатия: как один гигабайт становится тремя

Эффективность zram строится на простой идее: большинство данных в памяти хорошо сжимаются. Текстовые документы, код программ, служебная информация системы – всё это содержит повторяющиеся паттерны, которые алгоритмы упаковки легко находят и заменяют короткими ссылками. Типичный коэффициент сжатия для повседневных задач составляет 2.5-3.5:1, а иногда достигает и 4:1.

Допустим, создали zram-устройство размером 2 гигабайта на машине с 4 ГБ памяти. Физически под него резервируется ноль байт – пространство выделяется динамически, по мере заполнения. Когда система начинает активно использовать swap, в zram попадают сжатые страницы. Два гигабайта несжатых данных после упаковки занимают примерно 600-800 мегабайт реальной памяти. Фактически получается эффект расширения: вместо 4 ГБ доступно около 5.2-5.4 ГБ.

Разные алгоритмы дают разный баланс между скоростью и степенью компрессии. LZ4 работает молниеносно, обрабатывая больше 12 гигабайт в секунду при распаковке, но сжимает скромнее – около 2.6:1. ZSTD упаковывает плотнее, достигая 3.4:1, однако распаковывает медленнее – примерно 4 гигабайта в секунду. Для слабых систем обычно рекомендуют LZ4: меньше нагрузка на процессор, быстрее отклик.

Настройка без танцев с бубном

Включить zram проще, чем кажется. На большинстве современных дистрибутивов модуль уже присутствует в ядре, остаётся только активировать. Для Ubuntu и Debian существует готовый пакет zram-config, который после установки автоматически создаёт swap-устройство размером в половину оперативной памяти.

sudo apt install zram-config
sudo systemctl enable zramswap

После перезагрузки команда zramctl покажет активное устройство /dev/zram0 с указанием алгоритма сжатия и текущей статистики использования. Можно тонко настроить параметры через конфигурационный файл, изменив размер или выбрав другой алгоритм компрессии.

На Arch Linux и производных используется утилита zram-generator. Создаётся файл /etc/systemd/zram-generator.conf с простым содержимым:

[zram0]
zram-size = ram / 2
compression-algorithm = zstd
swap-priority = 100

Параметр swap-priority определяет, насколько охотно система будет использовать это устройство. Значение 100 делает zram приоритетным по сравнению с обычным дисковым swap, который обычно имеет приоритет 0-50. Система сначала заполнит быстрый zram, и только потом, при необходимости, обратится к медленному диску.

Для полного контроля можно настроить всё вручную через sysfs. Загружается модуль ядра, задаётся размер устройства, выбирается алгоритм, создаётся swap-область и активируется с нужным приоритетом. Этот способ подходит для экспериментов и точной настройки под конкретную нагрузку.

Сколько вешать в граммах

Определить оптимальный размер zram – задача с подвохом. Слишком маленький не даст эффекта, слишком большой съест память под собственные нужды. Золотая середина зависит от объёма установленной памяти и характера работы.

Для систем с 4 гигабайтами разумно выделить 50-75% под zram – это 2-3 ГБ несжатого пространства. С учётом компрессии реально займётся 600-1000 мегабайт физической памяти, оставляя достаточно места для активных приложений. На машинах с 8 ГБ можно ограничиться 30-50%, поскольку острая нехватка возникает реже.

Важный нюанс: размер zram указывается для несжатых данных. Если создать устройство размером 8 ГБ на машине с 4 ГБ памяти, теоретически можно хранить 8 гигабайт информации, но в сжатом виде они займут 2-3 ГБ физической памяти. Система окажется в ситуации, когда под хранение данных уходит львиная доля ресурсов, а для работы программ почти ничего не остаётся.

Параметр swappiness управляет агрессивностью использования swap. По умолчанию стоит значение 60, что означает умеренную готовность выгружать данные. Для zram часто повышают до 100-180, чтобы система активнее использовала быстрое сжатое устройство вместо попыток удержать всё в несжатой памяти. Экспериментировать стоит аккуратно: слишком высокое значение заставит систему постоянно сжимать и распаковывать даже относительно активные данные.

Когда технология раскрывается полностью

Наибольший эффект zram даёт в сценариях умеренной, но постоянной нехватки памяти. Работа в браузере с 15-20 вкладками, параллельно открытый текстовый редактор, мессенджер и музыкальный плеер – типичная картина для обычного пользователя. Без zram система начинает притормаживать: переключение между окнами сопровождается паузами, вкладки перезагружаются, приложения зависают на секунду-две.

С включённым zram те же задачи выполняются заметно плавнее. Компрессия позволяет держать в памяти больше данных одновременно, снижая частоту обращений к swap. Даже когда система всё-таки начинает подкачивать, скорость доступа к сжатому блоку в памяти несопоставима с чтением диска.

Особенно выигрывают владельцы старых ноутбуков с жёсткими дисками. HDD с его механическими головками и вращающимися пластинами физически не способен обеспечить быстрый произвольный доступ. Каждое обращение к swap превращается в миллисекунды ожидания, которые складываются в секунды общего торможения. Zram полностью убирает этот фактор, работая со скоростями памяти.

Однако технология не всесильна. Если нагрузка регулярно выбивает систему далеко за пределы физической памяти – компиляция крупных проектов, обработка больших баз данных, запуск виртуальных машин – никакое сжатие не компенсирует дефицит ресурсов. В таких случаях либо нужен гибридный подход с быстрым NVMe-накопителем, либо всё-таки стоит задуматься о расширении памяти.

Тонкости совместной жизни с другими технологиями

Linux предлагает несколько механизмов оптимизации работы с памятью, и важно понимать, как они взаимодействуют. Помимо zram существует zswap – технология, которая создаёт сжатый кэш перед обычным дисковым swap. Страницы сначала попадают в этот кэш, и только при его переполнении отправляются на диск.

Zswap хорошо работает на системах с достаточным объёмом памяти и быстрым накопителем. Он динамически решает, что сжимать, а что сразу отправлять на диск без обработки. Для несжимаемых данных – например, уже упакованных архивов или медиафайлов – это экономит процессорное время. Однако на слабых системах с медленными дисками преимущества теряются: любое обращение к накопителю всё равно вызывает задержку.

Использовать одновременно zram и zswap обычно нецелесообразно. Они решают схожие задачи разными путями, и их совместная работа создаёт конфликты в логике управления памятью. Ядро может начать путаться, куда отправлять страницы, что приводит к лишним операциям сжатия-распаковки. Если включается zram, рекомендуется отключить zswap через параметры ядра, добавив в конфигурацию загрузчика zswap.enabled=0.

Дисковый swap можно оставить как страховочную сеть с низким приоритетом. Если zram переполнится, система обратится к обычному разделу подкачки. Это защищает от полного исчерпания ресурсов, хотя и ценой возможного торможения. Другой вариант – полностью отказаться от дискового swap на машинах с медленными HDD, полагаясь только на zram и тщательно подбирая его размер.

Мониторинг и тревожные звоночки

После включения zram полезно следить за его работой. Команда zramctl выводит детальную статистику: общий размер устройства, объём данных в несжатом виде, размер после компрессии, достигнутый коэффициент сжатия. Если устройство постоянно заполнено под завязку, а коэффициент сжатия низкий (меньше 2:1), возможно, в swap попадают плохо сжимаемые данные.

Высокая нагрузка на процессор при активном использовании памяти – потенциальный признак проблем. Если одноядерный или двухъядерный CPU загружен на 100% только из-за постоянного сжатия-распаковки, выигрыш от zram может нивелироваться общим замедлением системы. В таких ситуациях стоит переключиться на более быстрый алгоритм (LZ4 вместо ZSTD) или уменьшить размер устройства.

Утилита free -h показывает общую картину использования памяти и swap. Если несмотря на zram система всё равно активно обращается к дисковому swap, это сигнал о недостаточном размере сжатого устройства либо о действительно тяжёлой нагрузке. Можно попробовать увеличить zram или повысить swappiness, чтобы данные активнее выгружались в быструю подкачку.

Zram не панацея и не заменяет физическое расширение памяти. Но для машин, где апгрейд затруднён или нецелесообразен экономически, эта технология даёт реальное улучшение качества работы. Настроить можно за 10-15 минут, откатиться при необходимости ещё быстрее. Старое железо получает вторую жизнь без походов в магазин и разборки корпуса – чистая системная оптимизация, которая работает.