如何快速发现内存问题

内存性能指标

缓存包括两部分,一部分是磁盘读取文件的页缓存,用来缓存从磁盘读取的数据,可以加快以后再次访问的速度。另一部分,则是 Slab 分配器中的可回收内存。

缓冲区是对原始磁盘块的临时存储,用来缓存将要写入磁盘的数据。这样,内核就可以把分散的写集中起来,统一优化磁盘写入。

内存主要包括一下4部分:

虚拟内存,包括了进程代码段、数据段、共享内存、已经申请的堆内存和已经换出的内存等。这里要注意,已经申请的内存,即使还没有分配物理内存,也算作虚拟内存。

常驻内存是进程实际使用的物理内存,不过,它不包括 Swap 和共享内存。

共享内存,既包括与其他进程共同使用的真实的共享内存,还包括了加载的动态链接库以及程序的代码段等。

Swap 内存,是指通过 Swap 换出到磁盘的内存。

缺页异常:在内存分配的原理中,我曾经讲到过,系统调用内存分配请求后,并不会立刻为其分配物理内存,而是在请求首次访问时,通过缺页异常来分配。缺页异常又分为下面两种场景。

可以直接从物理内存中分配时,被称为次缺页异常。

需要磁盘 I/O 介入(比如 Swap)时,被称为主缺页异常。


常用查找内存指标工具


为了迅速定位内存问题,我通常会先运行几个覆盖面比较大的性能工具,比如 free、top、vmstat、pidstat 等。

具体的分析思路主要有这几步。

先用 free 和 top,查看系统整体的内存使用情况。

再用 vmstat 和 pidstat,查看一段时间的趋势,从而判断出内存问题的类型。

最后进行详细分析,比如内存分配分析、缓存 / 缓冲区分析、具体进程的内存使用分析等。

常见的内存优化思路有这么几种:

最好禁止 Swap。如果必须开启 Swap,降低 swappiness 的值,减少内存回收时 Swap 的使用倾向。

减少内存的动态分配。比如,可以使用内存池、大页(HugePage)等。

尽量使用缓存和缓冲区来访问数据。比如,可以使用堆栈明确声明内存空间,来存储需要缓存的数据;或者用 Redis 这类的外部缓存组件,优化数据的访问。

使用 cgroups 等方式限制进程的内存使用情况。这样,可以确保系统内存不会被异常进程耗尽。

通过 /proc/pid/oom_adj ,调整核心应用的 oom_score。这样,可以保证即使内存紧张,核心应用也不会被 OOM 杀死。

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