Linux系统排查篇之内存

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2022年3月8日14:33:54评论607 views字数 8392阅读27分58秒阅读模式

     在平时常见工作上，接触到计算机系统的资源主要包括CPU，内存，硬盘以及网络，当我们过度使用这些资源时，将会使系统陷入一系列困境。本章我们来谈谈在Linux系统中关于内存排查的部分，结合平时日常的学习和实践经验，给大家介绍一些常见的Linux系统故障排除工具以及排除方法。

     实际上，当服务器系统资源遭遇任何一个瓶颈，都会带来服务器性能的下降。最典型的症状就是系统运行迟缓。

      我们从以下几个角度介绍关于Linux系统内存故障的排查。

      1.内存的使用率

      2.内存使用在哪里了

      3.内存有哪些优化手段

       一、首先，我们先查看内存信息：

       在Linux系统中，使用如下命令：

       # dmidecode -t memory  


# dmideocde -t memory//以下为命令输出节选# dmidecode 2.12# SMBIOS entry point at 0x7f6be000SMBIOS 2.5 present.
Handle 0x0005, DMI type 16, 15 bytesPhysical 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 bytesMemory 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 bytesMemory 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信息。从中我们可以读出如下信息：此服务器最大支持扩充内存192GB.现已安装一块Hynix产的8G内存。该内存插在主板的位置是第六个DIMM插槽上。当然这个命令也给出了很多物理内存的其他信息，这里就不一一介绍了。

        二、内存的大体使用情况
        # free -m/-h

        该命令用来查看系统内存的整体使用情况。

          

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

        free -m 意思以M为单位显示使用情况，

          free -h   自动选择以适合容量的单位显示。

   

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

      

      从中可以看出系统内存为12GB（总可用11.7GB），当前已用6.2G，剩余5.5GB。

      这里面看到系统的内存使用并不高。但free命令显示的"used"的值很高，接近total的值，这说明系统就真的没有内存空间了吗？

　　注意到第四行命令“-/+ buffers/cache”，该行显示的used是第三行“used”的值减去buffers和cached的值。

      同时第四行的free是第三行的free加上buffers和cached的值。由此看，尽管第三行的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。

      三、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。

       

# toptop - 14:45:43 up 35 days,  2:54,  2 users,  load average: 0.35, 0.23, 0.21Tasks: 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 stKiB Mem:  12260128 total,  6502480 used,  5757648 free,   312864 buffersKiB Swap:   877564 total,        0 used,   877564 free.  2192620 cached Mem

      该命令用于查看系统实时负载。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    mysql     20   0  655848 309724   9928 S   0.7  2.5 266:53.23 mysqld     rabbitmq  20   0 2444216 248528   2612 S   1.7  2.0 868:40.86 beam.smp   nova      20   0  402236 144884   4084 S   0.0  1.2  17:42.08 nova-api   nova      20   0  401848 144508   4092 S   0.0  1.2  17:44.65 nova-api   nova      20   0  401312 143884   4068 S   0.0  1.2  17:47.23 nova-api   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。


     四、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     cachedMem:      12260128    6497332    5762796       1256     312980    2191960-/+ buffers/cache:    3992392    8267736Swap:            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


     五、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 NAME516003  60%    0.10K  21749       39     86996K buffer_head266158  99%    0.19K   6343       42     50744K dentry 73560  97%    0.63K   3012       25     48192K proc_inode_cache 70224 100%    0.96K   2128       33     68096K ext4_inode_cache 56489  99%    0.06K    890       64      3560K kmalloc-64 50791  96%    0.04K    515      102      2060K ext4_extent_status 29066  94%    0.19K    731       42      5848K kmalloc-192 22278  82%    0.55K    967       28     15472K radix_tree_node 26532 100%    0.11K    737       36      2948K sysfs_dir_cache 20910 100%    0.05K    246       85       984K shared_policy_node 12712 100%    0.57K    454       28      7264K inode_cache 10815  93%    0.07K    206       56       824K anon_vma  7840  86%    0.03K     71      128       284K kmalloc-32  3567  52%    0.25K    211       32      1688K kmalloc-256  6656 100%    0.02K     26      256       104K kmalloc-16  4747  72%    0.12K    205       32       820K kmalloc-128  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

      六、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  1procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st 0      0 5755120 312980 2192136    0    0     1    33    1    0  5  2 92  1  0 0      0 5755120 312980 2192136    0    0     0     8 2000 2770  1  2 97  0  0 0      0 5755120 312980 2192136    0    0     0    24 2033 2715  1  2 96  1  0 0      0 5755120 312980 2192136    0    0     0     0 1999 2317  1  2 98  0  0 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。

    

    七、系统使用情况监控

           #dstat

# dstatYou 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  2  92   1   0   0|4630B  129k|   0     0 |   0     0 |2246  2808  2  93   4   0   0|   0   708k|  53k 6732k|   0     0 |2091  2828  2  96   1   0   0|   0  8192B|  34k 6595k|   0     0 |2198  2621  2  96   0   0   1|   0    12k|  39k 6898k|   0     0 |2209  2679  2  96   0   0   0|   0  4096B|  44k 7256k|   0     0 |2217  2907  2  97   0   0   0|   0     0 |  38k 7109k|   0     0 |2128  2413  3  94   1   0   0|   0    24k|  37k 7295k|   0     0 |2217  2594  2  96   0   0   0|   0    12k|  36k 7482k|   0     0 |2106  2613  1  97   0   0   0|   0  4096B|  37k 6923k|   0     0 |2255  2516

        八、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 11:   /sbin/initAddress           Kbytes Mode  Offset           Device    Mapping00007fb45d59c000      44 r-x-- 0000000000000000 008:00002 libnss_files-2.19.so00007fb45d5a7000    2044 ----- 000000000000b000 008:00002 libnss_files-2.19.so00007fb45d7a6000       4 r---- 000000000000a000 008:00002 libnss_files-2.19.so00007fb45d7a7000       4 rw--- 000000000000b000 008:00002 libnss_files-2.19.so00007fb45d7a8000      44 r-x-- 0000000000000000 008:00002 libnss_nis-2.19.so00007fb45d7b3000    2044 ----- 000000000000b000 008:00002 libnss_nis-2.19.so00007fb45d9b2000       4 r---- 000000000000a000 008:00002 libnss_nis-2.19.so00007fb45d9b3000       4 rw--- 000000000000b000 008:00002 libnss_nis-2.19.so

        九、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。

          

          十、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/$pid/statm

            　slab的分布状况

            /proc/vmstat

            　虚拟内存信息


            十一、一些额外的小技巧

            1. 降低swap的使用率：

             可以查看当前swap的使用

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

   　

            2. 限制其他用户的内存使用

               # vim /etc/security/limits.conf 

# vim /etc/security/limits.confuser1 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

# 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。


      本章讲述到这里就告一段落，大体的使用方法都学会了吗？下一章我们将会讲解系统排查之CPU篇。

本文始发于微信公众号（军机故阁）：Linux系统排查篇之内存

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