记一次内存占用问题的调查过程

2014.12.12/2014.12.16发布于研究暂无评论/目录

最近在维护一台CentOS服务器的时候,发现内存无端"损失"了许多,free和ps统计的结果相差十几个G,搞的我一度又以为遇到灵异事件了,后来Google了许久才搞明白,特此记录一下,以供日后查询。

虽然天天都在用Linux系统办公,其实对它的了解也不过尔尔。毕业几年才迈入"知道自己不知道"的境界,我觉得自己丝毫没有愧对万年吊车尾这个称号 :(

问题描述和初步调查

同事说有一台服务器的内存用光了,我连上去用free看了下,确实有点怪。

$ free -g
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:            15         15          0          0          2          0
-/+ buffers/cache:         12          2
Swap:           17          0         17

这台服务器有16G内存,但是结果显示除了2G左右的文件Buffer缓存外,其余十几G都被确确实实的用光了。(free按1024进制计算,总内存可能比实际偏小)

这里大概介绍下free结果的含义:

/ total used free shared buffers cached
Mem 总物理内存 当前使用的内存(包括slab+buffers+cached) 完全没有使用的内存 进程间共享的内存 缓存文件的元数据[1] 缓存文件的具体内容[1]
-/+ buffers/cache 当前使用的内存(不包括buffers+cached,但包括slab) 未使用和缓存的内存(free+buffers+cached)
Swap 总的交换空间 已使用的交换空间 未使用的交换空间

然后top看了下,没有特别吃内存的程序。用ps大概统计下所有程序占用的总内存:

$ ps aux | awk '{mem += $6} END {print mem/1024/1024}'
0.595089

结果显示所有进程占用的内存还不到1G,实际上,因为free, ps的统计方式的差别和Copy-on-writeShared libraries等内存优化机制的存在,这两者的统计结果通常是不一样的。但是一般情况下绝对不会相差十几个G,肯定是有什么隐藏的问题,Google了许久后发现,free没有专门统计另一项缓存: Slab。

Slab简介和进一步调查

Slab Allocation是Linux 2.2之后引入的一个内存管理机制,专门用于缓存内核的数据对象,可以理解为一个内核专用的对象池,可以提高系统性能并减少内存碎片。(Linux 2.6.23之后,SLUB成为了默认的allocator。)

查看Slab缓存

$ cat /proc/meminfo

其中,Slab相关的数据为

Slab:             154212 kB
SReclaimable:      87980 kB
SUnreclaim:        66232 kB

SReclaimable(Linux 2.6.19+)都是clean的缓存,随时可以释放。回到之前的内存问题,我查了下那台服务器上Slab占用的内存:

$ cat /proc/meminfo | grep Slab
Slab:         12777668 kB

12G的Slab缓存,有意思的是free把Slab缓存统计到了used memory中,这就是之前那个问题的症结所在了。

另外,还可以查看/proc/slabinfo(或使用slabtop命令)来查看Slab缓存的具体使用情况。结果发现,ext3_inode_cache和dentry_cache占用了绝大部分内存。

考虑到这台服务器会频繁地用rsync同步大量的文件,这个结果也并不意外。

解决问题

先说明一下,如果问题仅仅是Slab占用了太多的内存(SReclaimable),那么通常不需要太操心,因为这根本不是个问题(如果是SUnreclaim太多且不断增长,那么很有可能是内核有bug)。但是,如果是因为Slab占用内存太多而引起了其他的问题,建议继续阅读。

清除Slab可回收缓存

通过/proc/sys/vm/drop_caches这个配置项,我们可以手动清除指定的可回收缓存(SReclaimable)[2]

echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches

上面的命令会主动释放Slab中clean的缓存(包括inode和dentry的缓存),然后再free -g一下,未使用的内存陡增了十几个G。。。

需要注意的是,手动清除缓存可能会在一段时间内降低系统性能。原则上不推荐这么做,因为如果有需要,系统会自动释放出内存供其他程序使用。

另外,手动清除Slab缓存是一个治标不治本的办法。因为问题不在Slab,而在于我们那个会引起Slab缓存飙涨的进程(我这里应该是rsync)。实际操作的时候发现,清除缓存一段时间后,Slab缓存很快又会“反弹”回去。如果需要治本,要么搞定问题进程,要么修改系统配置。

调整系统vm配置

风险预警: 调整以下系统配置可能会对系统性能造成负面影响,请仔细测试并谨慎操作

/etc/sysctl.conf里有几个对内存管理影响比较大的配置,以下配置项的文档见vm.txt

vm.vfs_cache_pressure

系统在进行内存回收时,会先回收page cache, inode cache, dentry cache和swap cache。vfs_cache_pressure越大,每次回收时,inode cache和dentry cache所占比例越大[3]

vfs_cache_pressure默认是100,值越大inode cache和dentry cache的回收速度会越快,越小则回收越慢,为0的时候完全不回收(OOM!)。

图片取自The Linux Kernel's VFS Layer

vm.min_free_kbytes

系统的"保留内存"的大小,"保留内存"用于低内存状态下的"atomic memory allocation requests"(eg. kmalloc + GFP_ATOMIC),该参数也被用于计算开始内存回收的阀值,默认在开机的时候根据当前的内存计算所得,越大则表示系统会越早开始内存回收

min_free_kbytes过大可能会导致OOM,太小可能会导致系统出现死锁等问题。

vm.swappiness

该配置用于控制系统将内存swap out到交换空间的积极性,取值范围是[0, 100]。swappiness越大,系统的交换积极性越高,默认是60,如果为0则不会进行交换。

参考资料

阅读资料


  1. Red Hat Enterprise Linux,5.1 Checking the Memory Usage,引用于2014-12-12。

  2. Linux kernel documentation, sysctl#vm,引用于2014-12-12。

  3. @TODO: 需要查看相关内核代码来确认,不过看vm.txt里的描述应该是这个意思。

#admin#linux#内存

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