Linux系统排查1——内存篇

  常见工作中,计算机系统的资源主要包括CPU,内存,硬盘以及网络,过度使用这些资源将使系统陷入困境。本系列一共四篇博文,结合我在实习期间的学习,介绍一些常见的Linux系统排障工具及方法。

  第1篇——内存篇

  第2篇——CPU篇

  第3篇——磁盘I/O篇

  第4篇——网络篇

 

  事实上,当上述服务器系统资源中的任何一个遭遇瓶颈,都会带来服务器性能的下降,典型的症状就是系统运行迟缓。

  本文从以下几个角度介绍Linux系统内存相关的排查。

  1. 内存的使用率如何查看,使用率真的很高吗

  2. 内存用在哪里了

  3. 内存优化可以有哪些手段

 

1. 内存硬件查看

# dmidecode -t memory

# dmideocde -t memory
//以下为命令输出节选
# dmidecode 2.12
# SMBIOS entry point at 0x7f6be000
SMBIOS 2.5 present.

Handle 0x0005, DMI type 16, 15 bytes
Physical Memory Array
    Location: System Board Or Motherboard
    Use: System Memory
    Error Correction Type: Single-bit ECC
    Maximum Capacity: 192 GB
    Error Information Handle: Not Provided
    Number Of Devices: 18

Handle 0x0010, DMI type 6, 12 bytes
Memory Module Information
    Socket Designation: DIMM06
    Bank Connections: 0 0
    Current Speed: 1 ns
    Type: DIMM
    Installed Size: 8192 MB (Single-bank Connection)
    Enabled Size: 8192 MB (Single-bank Connection)
    Error Status: OK

Handle 0x0011, DMI type 17, 27 bytes
Memory Device
    Array Handle: 0x0005
    Error Information Handle: Not Provided
    Total Width: 72 bits
    Data Width: 64 bits
    Size: 8192 MB
    Form Factor: DIMM
    Set: None
    Locator: DIMM06
    Bank Locator: BANK06
    Type: Other
    Type Detail: Unknown
    Speed: 800 MHz
    Manufacturer: Hynix
    Serial Number: 5781322C
    Asset Tag: Unknown
    Part Number: HMT31GR7BFR4C-H9

 

  通过dmidecode工具可以查看很多硬件相关的数据,这里仅以内存为例。我们可以看到,服务器最大支持内存扩充为192GB,目前已经安装了一块海力士(Hynix)生产的8GB内存,该内存插在主板的第六个DIMM插槽上面(物理插槽又称socket)。

  该命令能够给出物理内存的许多详细信息,本文并不一一介绍。

 

2. 内存的大体使用情况

free -m/-h

  free命令用来查看系统内存的整体使用情况。

# free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:         11972       6345       5627          1        305       2140
-/+ buffers/cache:       3899       8073
Swap:          856          0        856

   free -m以MB为单位显示整个系统的内存使用情况,free -h则自动选择以适合理解的容量单位显示:

# free -h
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:           11G       6.2G       5.5G       1.2M       305M       2.1G
-/+ buffers/cache:       3.8G       7.9G
Swap:         856M         0B       856M

   可以看到系统内存12GB(总可用11.7GB),当前已用6.2G,剩余5.5GB。这个例子中我们看到系统的内存使用并不高,但即便free命令显示的"used"的值很高,接近total的值,那么系统就真的没有内存空间了吗?

  我们可以看到free 命令下面有一行“-/+ buffers/cache”,该行显示的used是上一行“used”的值减去buffers和cached的值,同时该行的free是上一行的free加上buffers和cached的值。这里可以看到,尽管第一行的used显示共使用了6.2GB的物理内存,但除去buffers和cached数据后,实际仅仅占用了3.8GB的内存,而如果剩余空间加上buffers和cached数据当前占用的内存,将达到8BG之多。

  这是因为buffers和cache数据是动态变化的,内存充足时,内核出于性能考虑会进行一定的缓存,当内存空间不足时,buffers, cached占用的空间是可以为了程序释放的。

  因此判断系统内存是否耗竭的实际指标是看减去buffer和cache的空间后used空间是否依旧很大,以及交换空间是否被大量占用。显然这个例子不符合内存耗竭的情形。

  那么buffers与cached又有什么区别呢?

  (1) buffers:记录文件系统的metadata,例如目录里面有什么内容,权限等等;

  (2) cached:用来给文件做缓冲,缓存刚刚访问的文件。

 

3. 哪些进程消耗内存比较多?

top

  top命令用来查看具体进程消耗的内存空间。

# top
top - 14:45:43 up 35 days, 2:54, 2 users, load average: 0.35, 0.23, 0.21 Tasks: 213 total, 3 running, 210 sleeping, 0 stopped, 0 zombie %Cpu(s): 2.1 us, 2.2 sy, 0.0 ni, 95.3 id, 0.3 wa, 0.0 hi, 0.1 si, 0.0 st KiB Mem: 12260128 total, 6502480 used, 5757648 free, 312864 buffers KiB Swap: 877564 total, 0 used, 877564 free. 2192620 cached Mem

 

  top 命令查看系统的实时负载, 包括进程、CPU负载、内存使用等等;

  进入top的实时界面后,默认按照CPU的使用率排序,通过“shift+m”按键将进程按照内存使用情况排序,可以查看哪些进程是当前系统中的内存开销“大户”。

  top命令中,按下 f 键,进入选择排序列的界面,这里可以选择要显示的信息列,要按照哪些信息列进行排序等,该界面上有简要的介绍,这里不再赘述。

  可以看到top命令也会显示系统整体的内存使用情况,同样包括了total, used, free, buffers, cached等,需要注意的是,这里并没有像free命令那样提供-/+ buffers/cached之后的值,因此需要经过额外计算才能获得当前系统实际剩余的可用内存。

  另一方面,我们查看不同进程的内存开销,

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND    
 1501 mysql     20   0  655848 309724   9928 S   0.7  2.5 266:53.23 mysqld     
 2816 rabbitmq  20   0 2444216 248528   2612 S   1.7  2.0 868:40.86 beam.smp   
22589 nova      20   0  402236 144884   4084 S   0.0  1.2  17:42.08 nova-api   
22591 nova      20   0  401848 144508   4092 S   0.0  1.2  17:44.65 nova-api   
22590 nova      20   0  401312 143884   4068 S   0.0  1.2  17:47.23 nova-api   
22588 nova      20   0  400592 143260   4080 S   0.0  1.2  17:45.53 nova-api 

  通过%MEM列,可以查看哪几个进程占用了大量的内存,在缓解内存不足的紧急情况时,可以终止这些占用内存较多的进程。

  top命令中有以下与内存相关的数据列:

  (1)VIRT:虚拟内存,是进程申请的虚拟内存总量;

  (2)RES: 常驻内存,是进程切实使用的物理内存量,free命令中看到的used列下面的值,就包括常驻内存的加总,但不是虚拟内存的加总;

  (3)SHR:共享内存,比如共享库占用的内存等。

 

 4. 交换空间

# swapon
# swapoff
# mkswap

  使用free命令可以查看内存的总体使用,显示的内容也包括交换分区的大小,可以使用swapon,swapoff,命令开启或关闭交换空间,交换空间是磁盘上的文件,并不是真正的内存空间。

例如:关闭交换分区

# swapoff -a
# free
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:      12260128    6497332    5762796       1256     312980    2191960
-/+ buffers/cache:    3992392    8267736
Swap:            0          0          0

  此时交换分区显示全为0,说明系统没有开启交换分区。swapon命令可以启用交换分区。

  当内存不足时,系统会选择通过:1.将部分不常被访问的内存页交换到内存空间,或2.删除部分cache的文件来释放内存空间。

  系统的可用内存一般等于物理内存 + 交换分区。交换分区在磁盘上, 因此速度比内存读写要慢得多。

  交换分区实际上就是磁盘上的文件,可以通过mkswap命令来创建交换空间。

 

5. 内核态内存占用

# slabtop

  slab系统用来处理系统中比较小的元数据,如文件描述符等,进而组织内核态的内存分配。

  一个slab包含多个object,例如dentry这些数据结构就是object,可以通过slabtop命令查看系统中活动的object的数量与内存占用情况,从而了解哪些数据结构最占用内核态的内存空间。

例如:使用slabtop命令查看内核数据结构及内存占用

 Active / Total Objects (% used)    : 1222616 / 1575898 (77.6%)
 Active / Total Slabs (% used)      : 39945 / 39945 (100.0%)
 Active / Total Caches (% used)     : 67 / 125 (53.6%)
 Active / Total Size (% used)       : 276332.00K / 318115.77K (86.9%)
 Minimum / Average / Maximum Object : 0.01K / 0.20K / 15.75K

  OBJS ACTIVE  USE OBJ SIZE  SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME
848211 516003  60%    0.10K  21749       39     86996K buffer_head
266406 266158  99%    0.19K   6343       42     50744K dentry
 75300  73560  97%    0.63K   3012       25     48192K proc_inode_cache
 70224  70224 100%    0.96K   2128       33     68096K ext4_inode_cache
 56960  56489  99%    0.06K    890       64      3560K kmalloc-64
 52530  50791  96%    0.04K    515      102      2060K ext4_extent_status
 30702  29066  94%    0.19K    731       42      5848K kmalloc-192
 27076  22278  82%    0.55K    967       28     15472K radix_tree_node
 26532  26532 100%    0.11K    737       36      2948K sysfs_dir_cache
 20910  20910 100%    0.05K    246       85       984K shared_policy_node
 12712  12712 100%    0.57K    454       28      7264K inode_cache
 11536  10815  93%    0.07K    206       56       824K anon_vma
  9088   7840  86%    0.03K     71      128       284K kmalloc-32
  6752   3567  52%    0.25K    211       32      1688K kmalloc-256
  6656   6656 100%    0.02K     26      256       104K kmalloc-16
  6560   4747  72%    0.12K    205       32       820K kmalloc-128
  6656   6656 100%    0.02K     26      256       104K kmalloc-16

 

  通常关注1. 哪些数据结构的内存占用最大,2. 哪些类型的数据结构对应的object最多,比如inode多代表文件系统被大量引用等。

  该交互命令支持的选项与排序标准有:

选项:
--delay=n, -d n    每隔n秒刷新信息
--once, -o         只显示一次
--sort=S, -s S     按照S排序,其中S为排序标准

排序标准(shift + 对应的键):
a:根据active objects数量高低排序
b:根据 objects / slab高低来排序
c:根据cache大小排序
l:根据slab数量排序
v:根据active slabs数量排序
n:按 name 排序
o:按照 objects 数量排序
p:按照 pages / slab 的值排序
s:按照 object 大小排序
u:按照 cache 使用量排序

 

 

6. 查看内存使用的动态变化

# vmstat

  vmstat命令可以查看内存使用的动态变化,

例如: 使用vmstat动态监视内存变动

# vmstat  1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 5755120 312980 2192136    0    0     1    33    1    0  5  2 92  1  0
 0  0      0 5755120 312980 2192136    0    0     0     8 2000 2770  1  2 97  0  0
 1  0      0 5755120 312980 2192136    0    0     0    24 2033 2715  1  2 96  1  0
 0  0      0 5755120 312980 2192136    0    0     0     0 1999 2317  1  2 98  0  0
 3  1      0 5754996 312980 2192136    0    0     0     4 2187 3004  6  3 91  0  0

 

  其中# vmstat N 代表每隔N秒更新一次数据。

 

7. dstat

# dstat
You did not select any stats, using -cdngy by default.
----total-cpu-usage---- -dsk/total- -net/total- ---paging-- ---system--
usr sys idl wai hiq siq| read  writ| recv  send|  in   out | int   csw
  5   2  92   1   0   0|4630B  129k|   0     0 |   0     0 |2246  2808
  2   2  93   4   0   0|   0   708k|  53k 6732k|   0     0 |2091  2828
  1   2  96   1   0   0|   0  8192B|  34k 6595k|   0     0 |2198  2621
  1   2  96   0   0   1|   0    12k|  39k 6898k|   0     0 |2209  2679
  2   2  96   0   0   0|   0  4096B|  44k 7256k|   0     0 |2217  2907
  1   2  97   0   0   0|   0     0 |  38k 7109k|   0     0 |2128  2413
  2   3  94   1   0   0|   0    24k|  37k 7295k|   0     0 |2217  2594
  2   2  96   0   0   0|   0    12k|  36k 7482k|   0     0 |2106  2613
  1   1  97   0   0   0|   0  4096B|  37k 6923k|   0     0 |2255  2516

 

 

8. 查看共享内存空间

pmap

  可以使用pmap命令查看进程使用的共享内存,包括使用的库,所在堆栈空间等。

# pmap -d 1
1:   /sbin/init
Address           Kbytes Mode  Offset           Device    Mapping
00007fb45d59c000      44 r-x-- 0000000000000000 008:00002 libnss_files-2.19.so
00007fb45d5a7000    2044 ----- 000000000000b000 008:00002 libnss_files-2.19.so
00007fb45d7a6000       4 r---- 000000000000a000 008:00002 libnss_files-2.19.so
00007fb45d7a7000       4 rw--- 000000000000b000 008:00002 libnss_files-2.19.so
00007fb45d7a8000      44 r-x-- 0000000000000000 008:00002 libnss_nis-2.19.so
00007fb45d7b3000    2044 ----- 000000000000b000 008:00002 libnss_nis-2.19.so
00007fb45d9b2000       4 r---- 000000000000a000 008:00002 libnss_nis-2.19.so
00007fb45d9b3000       4 rw--- 000000000000b000 008:00002 libnss_nis-2.19.so

 

  

9. 查看系统内存历史记录

# sar

  可以使用sar命令查看一个月以内的内存使用情况。

 

如何清理内存使用

  1. 释放占用的缓存空间

# sync     //先将内存刷出,避免数据丢失
# echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches //释放pagecache
# echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches //释放dentry和inode
# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches //释放pagecache、dentry和inode

  2. 终止进程

 

与Linux内存相关的文件系统文件

/proc/meminfo

  内存信息

/proc/$pid/status

  进程状态信息,

/proc/$pid/statm

  进程物理内存信息

/proc/slabinfo

  slab的分布状况

/proc/vmstat

  虚拟内存信息

 

一些额外的小技巧

1. 降低swap的使用率:

# sysctl -a | grep swappiness
vm.swappiness = 60

  可以查看当前swap的使用

 

2. 限制其他用户的内存使用

# vim /etc/security/limits.conf

user1 hard as 1000 (用户user1所有累加起来,内存不超过1000kiB)
user1 soft as 800 (用户user1一次运行,内存不超过800kiB)

  

3. 大量连续内存数据:

# vim /etc/sysctl.conf

vm.nr_hugepage=20

  

4. 调节page cache(大量一样的请求 调大page cache)

vm.lowmem_reserve_ratio = 256 256 32 (保留多少内存作为pagecache 当前 最大 最小)
vm.vfs_cache_pressure=100 (大于100,回收pagecache)
vm.page.cluster=3(一次性从swap写入内存的量为2的3次方页)
vm.zone_reclaim_mode=0/1(当内存危机时,是否尽量回收内存 0:尽量回收 1:尽量不回收)
min_free_kbytes:该文件表示强制Linux VM最低保留多少空闲内存(Kbytes)。

 

5.  脏页

vm.dirty_background_radio=10 (当脏页占内存10%,pdflush工作)
vm.dirty_radio=40 (当进程自身脏页占内存40%,进程自己处理脏页,将其写入磁盘)
vm.dirty_expire_centisecs=3000 (脏页老化时间为30秒 3000/100=30秒)
vm.dirty_writeback_centisecs=500 (每隔5秒,pdflush监控一次内存数量 500/100=5秒)

   脏页是指已经更改但尚未刷到硬盘的内存页,由pdflush往硬盘上面刷。

posted @ 2015-08-15 14:08 王智愚 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏