也看linux内存去哪儿了

By | 2017-06-26

前两天一台128G内存的oracle主机发生故障触发kdump,最终由于var目录空间不足,导致kdump生成不完全。结合之前redhat给出的建议,crash设置的空间最好大于memory 空间。对此我们做了一个简单的计算,认为kdump主机生成的是运行在内存里的信息 ,虽然主机有128G的内存,不过通过top查看并计算后发现我实际上只使用7G多的大小,而使用free -m查看时已经使用了80G左右的内存 。站在DBA的角度看的话,这部分内存提前分配给了sga ,貌似也可以讲通。记得之前看过taobao褚霸写的一篇分析。这里再结合该文章算算。

通过褚霸的Linux Used内存到底哪里去了?我们已经了解到内存主要消耗在三个方面:1. 进程消耗。 2. slab消耗 3.pagetable消耗。

由于不便于直接在现网oracle主机上进行操作,这里就以本blog的云主机为例进行测试。

一、查看已用内存总量

  1. [root@91it ~]# free -m
  2. total used free shared buffers cached
  3. Mem: 996 908 88 0 174 283
  4. -/+ buffers/cache: 450 546
  5. Swap: 0 0 0

关于已用内存和可用内存这已经是一个老生长谈的问题了。这里看到的信息如下:

1、总内存996M ,已用内存908M

2、由于buffers + cached内存实际上也是可用内存,该内存也可以通过echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches 回收pagechae、dentries and inodes ,所以实际上已经使用的内存是450M 。

注:

1、关于内存的计算方法就不上图了,这点可以参考:http://www.redbooks.ibm.com/redpapers/pdfs/redp4285.pdf

2、linux内存强制回收的方法具体可以参考:linux 下 强制回收内存

即然实际使用了450M内存,那这450M内存是如何分配的呢?

二、RSS内存(Resident size)

ps下命令下的RSS内存、top工具下的RES内存都是指的这一块内存。resident set size 也就是每个进程用了具体的多少页的内存。由于linux系统采用的是虚拟内存,进程的代码,库,堆和栈使用的内存都会消耗内存,但是申请出来的内存,只要没真正touch过,是不算的,因为没有真正为之分配物理页面,说白了也就是真正具有“数据页的物理内存”。我这里使用的是一段从python psutil 模块里演化出的一段代码进行计算的:

  1. [root@91it ~]# cat vms.py
  2. #!/usr/bin/python
  3. import os
  4. def get_vms(pid):
  5. with open(“/proc/%s/statm” % pid, “rb”) as f:
  6. vms = f.readline().split()[1]
  7. return int(vms)
  8. pids = [int(x) for x in os.listdir(b‘/proc’) if x.isdigit()]
  9. vmss = [get_vms(pid) for pid in pids]
  10. print sum(vmss) * 4
  11. [root@91it ~]# python vms.py
  12. 386528

注:

1、/proc/PID/statm 第二列是RSS内存使用page页的多少,而在linux下默认使用的page页大小是4KB 。所以我上面计算求和后,最后乘以4 ,而我最终计算出的结果就是386528KB 。

2、这里也可以通过/proc/PID/status里的vmRss项进行求和,因为该项直接给出的是KB值。

  1. [root@91it ~]# cat /proc/998/status
  2. Name: mingetty
  3. State: S (sleeping)
  4. Tgid: 998
  5. Pid: 998
  6. PPid: 1
  7. TracerPid: 0
  8. Uid: 0 0 0 0
  9. Gid: 0 0 0 0
  10. Utrace: 0
  11. FDSize: 64
  12. Groups:
  13. VmPeak: 4068 kB
  14. VmSize: 4064 kB
  15. VmLck: 0 kB
  16. VmHWM: 556 kB
  17. VmRSS: 76 kB
  18. ………………………………

当然也可以使用shell 进行计算:

  1. $ cat RSS.sh
  2. #/bin/bash
  3. for PROC in `ls /proc/|grep “^[0-9]”`
  4. do
  5. if [ f /proc/$PROC/statm ]; then
  6. TEP=`cat /proc/$PROC/statm | awk ‘{print ($2)}’`
  7. RSS=`expr $RSS + $TEP`
  8. fi
  9. done
  10. RSS=`expr $RSS \* 4`
  11. echo $RSS“KB”

rss内存部分,具体可以查看man proc手册或kernl 页的介绍 ,以下是man proc 里的部分提取:

  1. /proc/[pid]/statm
  2. Provides information about memory usage, measured in pages. The
  3. columns are:
  4. size total program size
  5. (same as VmSize in /proc/[pid]/status)
  6. resident resident set size
  7. (same as VmRSS in /proc/[pid]/status)
  8. share shared pages (from shared mappings)
  9. text text (code)
  10. lib library (unused in Linux 2.6)
  11. data data + stack
  12. dt dirty pages (unused in Linux 2.6)

二、slab内存

slab内存的作用是内核为了高性能每个需要重复使用的对象都会有个池,这个slab池会cache大量常用的对象,所以会消耗大量的内存。具体可以运行slabtop命令查看。

slab内存的消耗我们可以通过/proc/slabinfo文件算出,具脚本为:

  1. # echo `cat /proc/slabinfo |awk ‘BEGIN{sum=0;}{sum=sum+$3*$4;}END{print sum/1024/1024}’` MB
  2. 74.7215 MB

三、PageTables内存

这部分内存我并没有细研究,这里就直接拉taobao上各位大牛的说法用吧:“struct page也有一定的大小(每个页一个,64bytes),如果是2.6.32的话,每个页还有一个page_cgroup(32bytes),也就是说内存大小的2.3%(96/4096)会被内核固定使用 。struct page是系统boot的时候就会根据内存大小算出来分配出去的,18内核是1.56%左右,32内核由于cgroup的原因会在2.3% 。”

而具体消耗可以通过/proc/meminfo里的pagetables项获取,脚本如下:

  1. # echo `grep PageTables /proc/meminfo | awk ‘{print $2}’` KB
  2. 4476 KB

系统的硬开销占比并不多。

四、算算总帐

三者加起来发现要大于450M 。这里我们便于查看,再跑下脚本:

  1. $ cat cm.sh
  2. #/bin/bash
  3. for PROC in `ls /proc/|grep “^[0-9]”`
  4. do
  5. if [ f /proc/$PROC/statm ]; then
  6. TEP=`cat /proc/$PROC/statm | awk ‘{print ($2)}’`
  7. RSS=`expr $RSS + $TEP`
  8. fi
  9. done
  10. RSS=`expr $RSS \* 4`
  11. PageTable=`grep PageTables /proc/meminfo | awk ‘{print $2}’`
  12. SlabInfo=`cat /proc/slabinfo |awk ‘BEGIN{sum=0;}{sum=sum+$3*$4;}END{print sum/1024/1024}’`
  13. echo $RSS“KB”, $PageTable“KB”, $SlabInfo“MB”
  14. printf “rss+pagetable+slabinfo=%sMB\n” `echo $RSS/1024 + $PageTable/1024 + $SlabInfo|bc`
  15. free m
  16. $ ./cm.sh
  17. 382048KB, 4528KB, 74.8561MB
  18. rss+pagetable+slabinfo=451.8561MB
  19. total used free shared buffers cached
  20. Mem: 996 842 154 0 106 376
  21. -/+ buffers/cache: 359 637
  22. Swap: 0 0 0

由于上面演示时,我强制回收过内存。目前实际已用内存为359M ,而我们上面三者之和是451M,比实际使用的大了100M左右。

多出的这部分内存是我们在计算rss内存时算重复了。因为rss内存包括我们使用的各种库和so等共享的模块。具体可以使用pmap指令查看详细的每个进程调用的lib库及已用内存值。这里以最简单的bash进程为例。

  1. [root@91it ~]# pmap `pgrep bash`
  2. 1464: bash
  3. 0000000000400000 848K rx /bin/bash
  4. 00000000006d3000 40K rw /bin/bash
  5. 00000000006dd000 20K rw [ anon ]
  6. 00000000008dc000 36K rw /bin/bash
  7. 00000000011a4000 396K rw [ anon ]
  8. 0000003ef9800000 128K rx /lib64/ld2.12.so
  9. 0000003ef9a1f000 4K r—- /lib64/ld2.12.so
  10. 0000003ef9a20000 4K rw /lib64/ld2.12.so
  11. 0000003ef9a21000 4K rw [ anon ]
  12. 0000003ef9c00000 1576K rx /lib64/libc2.12.so
  13. 0000003ef9d8a000 2048K —– /lib64/libc2.12.so
  14. 0000003ef9f8a000 16K r—- /lib64/libc2.12.so
  15. 0000003ef9f8e000 4K rw /lib64/libc2.12.so
  16. 0000003ef9f8f000 20K rw [ anon ]
  17. 0000003efa400000 8K rx /lib64/libdl2.12.so
  18. 0000003efa402000 2048K —– /lib64/libdl2.12.so
  19. 0000003efa602000 4K r—- /lib64/libdl2.12.so
  20. 0000003efa603000 4K rw /lib64/libdl2.12.so
  21. 0000003efb800000 116K rx /lib64/libtinfo.so.5.7
  22. 0000003efb81d000 2048K —– /lib64/libtinfo.so.5.7
  23. 0000003efba1d000 16K rw /lib64/libtinfo.so.5.7
  24. 00007f1a42fc8000 96836K r—- /usr/lib/locale/localearchive
  25. 00007f1a48e59000 48K rx /lib64/libnss_files2.12.so
  26. 00007f1a48e65000 2048K —– /lib64/libnss_files2.12.so
  27. 00007f1a49065000 4K r—- /lib64/libnss_files2.12.so
  28. 00007f1a49066000 4K rw /lib64/libnss_files2.12.so
  29. 00007f1a49067000 12K rw [ anon ]
  30. 00007f1a4906b000 8K rw [ anon ]
  31. 00007f1a4906d000 28K rs /usr/lib64/gconv/gconvmodules.cache
  32. 00007f1a49074000 4K rw [ anon ]
  33. 00007fff48189000 84K rw [ stack ]
  34. 00007fff481ff000 4K rx [ anon ]
  35. ffffffffff600000 4K rx [ anon ]
  36. total 108472K
  37. 2757: bash
  38. 0000000000400000 848K rx /bin/bash
  39. 00000000006d3000 40K rw /bin/bash
  40. 00000000006dd000 20K rw [ anon ]
  41. 00000000008dc000 36K rw /bin/bash
  42. 0000000001385000 396K rw [ anon ]
  43. 0000003ef9800000 128K rx /lib64/ld2.12.so
  44. 0000003ef9a1f000 4K r—- /lib64/ld2.12.so
  45. 0000003ef9a20000 4K rw /lib64/ld2.12.so
  46. 0000003ef9a21000 4K rw [ anon ]
  47. 0000003ef9c00000 1576K rx /lib64/libc2.12.so
  48. 0000003ef9d8a000 2048K —– /lib64/libc2.12.so
  49. 0000003ef9f8a000 16K r—- /lib64/libc2.12.so
  50. 0000003ef9f8e000 4K rw /lib64/libc2.12.so
  51. 0000003ef9f8f000 20K rw [ anon ]
  52. 0000003efa400000 8K rx /lib64/libdl2.12.so
  53. 0000003efa402000 2048K —– /lib64/libdl2.12.so
  54. 0000003efa602000 4K r—- /lib64/libdl2.12.so
  55. 0000003efa603000 4K rw /lib64/libdl2.12.so
  56. 0000003efb800000 116K rx /lib64/libtinfo.so.5.7
  57. 0000003efb81d000 2048K —– /lib64/libtinfo.so.5.7
  58. 0000003efba1d000 16K rw /lib64/libtinfo.so.5.7
  59. 00007fda04cb1000 96836K r—- /usr/lib/locale/localearchive
  60. 00007fda0ab42000 48K rx /lib64/libnss_files2.12.so
  61. 00007fda0ab4e000 2048K —– /lib64/libnss_files2.12.so
  62. 00007fda0ad4e000 4K r—- /lib64/libnss_files2.12.so
  63. 00007fda0ad4f000 4K rw /lib64/libnss_files2.12.so
  64. 00007fda0ad50000 12K rw [ anon ]
  65. 00007fda0ad54000 8K rw [ anon ]
  66. 00007fda0ad56000 28K rs /usr/lib64/gconv/gconvmodules.cache
  67. 00007fda0ad5d000 4K rw [ anon ]
  68. 00007fff0e9e0000 84K rw [ stack ]
  69. 00007fff0e9ff000 4K rx [ anon ]
  70. ffffffffff600000 4K rx [ anon ]
  71. total 108472K

从上面的指令上看出,pid为1464和2757两个进程使用很多相同的so文件,而且其内存地址也相同。这里个人认为rss部分的内存理论上是可以完全计算准确的。做法就是先遍历/proc下所有的pid,再pmap所有pid,对所有的输出结果进行汇总后去重。再将第二列的占用内存值求和(具体也可以考虑从/proc/pid/smaps文件入手 )。

五、其他情况

在第四步算算总帐中,我们看出 rrs内存 + slab内存 + pagetables内存 > 实际已用内存。但该情况并非是绝对的,也有例外。在我上面提到的oracle 使用场景下,事先分配了70g左右的oracle sga 空间(即内存空间)。而三者相加要远远小于实际使用的物理内存。这又要怎么解释呢?再去除cache和buffer的空间也要远远小于实际使用的内存。

  1. [root@irora04s ~]# free -m
  2. total used free shared buffers cached
  3. Mem: 129023 100024 28999 0 885 12595
  4. -/+ buffers/cache: 86543 42480
  5. Swap: 24575 0 24575
  6. [root@irora04s ~]# sh /tmp/mem.sh
  7. 4339696KB, 66056KB, 745.805MB
  8. rss+pagetable+slabinfo=5046.805MB
  9. total used free shared buffers cached
  10. Mem: 129023 100096 28926 0 885 12597
  11. -/+ buffers/cache: 86614 42409
  12. Swap: 24575 0 24575

我个人的理解是事先分配的这部分sga内存,大部分是空page页,在未使用时虽然空间被占用了,但该内存地址内并不存在数据。所以一旦该机触发kdump 时,crash 的内存空间占用的磁盘空间 接近于rss+pagetable+slabinfo ,小于rss+pagetable+slabinfo+buffers+cached 。

最后这里同样推荐有时间看下nmon的源码。因为从nmon的内存统计信息来看,更便于理解内存的几个去向:

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