4.5 内存监测工具

2020-01-20 约 2385 字预计阅读 5 分钟

本节我们来介绍内存相关的监测工具。

1. 命令总览

下面的图片摘录自极客时间专栏-Linux性能优化实战，分别从下面 3 个方面总结了内存相关的性能检测工具:

从内存的性能指标出发，根据指标找工具
从工具出发，根据工具找指标
根据工具指标之间的内在联系，掌握内存分析的套路

/images/linux_pf/memory_quota.png /images/linux_pf/memory_command.png /images/linux_pf/memory_relation.png

有些工具是通用的分析工具，后面会在单独的章节中详细说明他们的使用。本节会介绍如下内存专用的分析工具的使用

Linux	Solaris	作用	说明
vmstat	vmstat	虚拟和物理内存统计信息
slabtop	::kmastat	内核块分配统计信息
pmap	pmap	进程地址空间统计信息
pcstat	pcstat	查看文件在内存中的缓存大小以及缓存比例
cachetop	cachetop	实时查看间隔时间内每个进程的缓存命中情况	bcc工具包中
cachestat	cachestat	查看整个操作系统缓存的读写命中情况	bcc工具包中
memleak	memleak	内存泄漏跟踪	bcc工具包中
ps	ps	进程状态	通用命令，位于独立的一节中
top	prstat	监控进程内存使用	通用命令，位于独立的一节中
sar	sar	内存，swap使用统计信息	通用命令，位于独立的一节中
Systemtap	Dtrace	动态追踪	通用命令，位于独立的一节中

除此之外，还包括以下内容:

内存调优

2. 内存统计命令

2.1 vmstat

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> vmstat
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st  
 2  0      0 1077816   2116 620312    0    0    65    43   34   53  0  0 99  0  0
# 说明:
# 除了 r 列外，第一行是系统启动以来的总结信息

> vmstat -a
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 2  0      0 342188 472012 815924    0    0    68    84  160   72  9  1 90  0  0

> vmstat -s
  1882152 K total memory
   250252 K used memory
   815892 K active memory
   472012 K inactive memory
   341924 K free memory
      172 K buffer memory
  1289804 K swap cache
  2097148 K total swap
        0 K used swap
  2097148 K free swap
    99051 non-nice user cpu ticks
        0 nice user cpu ticks
    12143 system cpu ticks
   998690 idle cpu ticks
      360 IO-wait cpu ticks
        0 IRQ cpu ticks
      358 softirq cpu ticks
        0 stolen cpu ticks
   758858 pages paged in
   934798 pages paged out
        0 pages swapped in
        0 pages swapped out
  1777012 interrupts
   803881 CPU context switches
1586602557 boot time
    31172 forks

vmstat [t [n]]

作用: 虚拟内存统计命令
参数:
- -t：采样间隔
- -n：采样次数，可选，默认值是1
- -S: -Sm 以MB 为单位显示结果
- -a: 输出非活动和活动页缓存的明细
- -s: 以列表显示内存统计信息
输出:
- r: 可运行线程数，所有等待加上正在运行的线程数，不包括处于不可中断睡眠状态的线程
- cpu:
  - 系统全局范围内的平均负载
  - 第一行统计的系统启动以来的平均负载 – 新版本可能不会显示
  - 其余行统计的是时间间隔周期内的平均负载
- memory:
  - swpd: 交换出的内存量
  - free: 空闲可用内存
  - buff: 用于缓冲缓存的内存
  - cache: 用于页缓存的内存
- swap:
  - si: 换入的内存
  - so: 换出的内存

2.2 slabtop

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> sudo slabtop -sc
 Active / Total Objects (% used)    : 1079865 / 1085229 (99.5%)  # slab 管理的对象数量
 Active / Total Slabs (% used)      : 27647 / 27647 (100.0%)     # Slab 数量
 Active / Total Caches (% used)     : 69 / 97 (71.1%)            # 缓存的 slab 数量
 Active / Total Size (% used)       : 151423.96K / 153971.68K (98.3%) # slab 管理的内存大小
 Minimum / Average / Maximum Object : 0.01K / 0.14K / 8.00K

  OBJS ACTIVE  USE OBJ SIZE  SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME
 50440  50440 100%    0.94K   6305        8     50440K xfs_inode
 81879  81087  99%    0.19K   3899       21     15596K dentry
 15392  15266  99%    1.00K   1924        8     15392K kmalloc-1024
139737 139737 100%    0.10K   3583       39     14332K buffer_head
 16419  16419 100%    0.58K   1263       13     10104K inode_cache
 17262  17262 100%    0.57K   1233       14      9864K radix_tree_node

slabtop:

作用: 内核内存信息统计，等同于 vmstat -m
来源: slab 统计信息来自 /proc/slabinfo
参数
- -d n：每n秒更新一次显示的信息，默认是每3秒；
- -s S：指定排序标准进行排序；
- -o：显示一次后退出
- -V：显示版本

2.3 pmap

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> sudo pmap -x 792|head
792:   /usr/bin/python2 -Es /usr/sbin/firewalld --nofork --nopid
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
0000000000400000       4       4       0 r-x-- python2.7
0000000000600000       4       4       4 r---- python2.7
0000000000601000       4       4       4 rw--- python2.7
00000000017b4000    8800    8684    8684 rw---   [ anon ]
....

> sudo pmap -d 792 |head
792:   /usr/bin/python2 -Es /usr/sbin/firewalld --nofork --nopid
Address           Kbytes Mode  Offset           Device    Mapping
0000000000400000       4 r-x-- 0000000000000000 0fd:00000 python2.7
0000000000600000       4 r---- 0000000000000000 0fd:00000 python2.7
0000000000601000       4 rw--- 0000000000001000 0fd:00000 python2.7
00000000017b4000    8800 rw--- 0000000000000000 000:00000   [ anon ]
00007fa0ac000000     132 rw--- 0000000000000000 000:00000   [ anon ]
.....
mapped: 359028K    writeable/private: 30856K    shared: 36K

pmap PID

作用: 列出进程的内存映射，显示它们的大小，权限和映射对象
参数:
- -x：显示扩展格式；
- -d：显示设备格式；
- -q：不显示头尾行；
- -V：显示指定版本
输出:
- pid -X
  - Address: 映射的起始地址
  - Kbytes: 虚拟内存大小
  - RSS: 主存大小
  - Dirty: 脏页大小
  - Mode: 映像权限: r=read, w=write, x=execute, s=shared, p=private (copy on write)
  - Mapping: 映像的文件,[anon]为已分配内存 [stack]为程序堆栈
- pid -d
  - Offset: 文件偏移
  - Device: 设备名
  - mapped: 进程映射的虚拟地址空间大小，也就是该进程预先分配的虚拟内存大小，即ps出的vsz
  - writeable/private: 进程所占用的私有地址空间大小，也就是该进程实际使用的内存大小
  - shared: 表示进程和其他进程共享的内存大小

2.4 pcstat

pcstat 是一个基于 Go 语言开发的工具，所以安装它之前，首先需要安装 Go 语言。由于不可描述的原因，go 包的安装可能会遇到问题，建议像下面这样设置一下代理后在安装:

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# go 安装
cd /usr/local
wget https://dl.google.com/go/go1.14.4.linux-amd64.tar.gz
tar -C /usr/local -xzf go1.14.4.linux-amd64.tar.gz
echo 'export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin' > /etc/profile.d/go.sh

# 设置代理 https://goproxy.io/zh/
go env -w GO111MODULE=on
go env -w GOPROXY=https://goproxy.io,direct

# 安装 pcstat
go get golang.org/x/sys/unix
go get github.com/tobert/pcstat/pcstat

pcstat

作用: 查看文件在内存中的缓存大小以及缓存比例
参数:

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$ pcstat /bin/ls
+---------+----------------+------------+-----------+---------+
| Name    | Size (bytes)   | Pages      | Cached    | Percent |
|---------+----------------+------------+-----------+---------|
| /bin/ls | 133792         | 33         | 0         | 000.000 |
+---------+----------------+------------+-----------+---------+

指标含义:

Cached: /bin/ls 在缓存中的大小
Percent: 缓存的百分比

2.5 smem

2.6 其他命令

命令	作用
dmesg	检查 OOM
valgrind	包含一个 memcheck 性能分析套件，可用于发现泄漏，会有严重的系统开销
swapon	添加和观察swap分区
iostat	如果 swap 是物理磁盘或块，可用此命令观测系统是否在换页
/proc/zoneinfo	内存区域 NUMA 节点的统计信息 NUMA 非均匀访存模型
/proc/buddyinfo	内核页面伙伴分配器统计信息伙伴分配器:Linux 的页面分配器

3. 内存调优

最重要的内存调优是保证应用程序保留在主存中，并且避免换页和交换经常发生。

3.1 可调参数

Documention/sysctl/vm.txt 的内核源码文档介绍了多种内存可调参数。常用示例如下

参数	默认值	作用
vm.dirty_background_ratio	10	触发pdflush后台回写的脏页百分比
vm.dirty_ratio	20	触发一个写入进程开始回写脏页比例
vm.dirty_expire_centisecs	3000	使用pdflush的脏存储器最小时间
vm.dirty_writeback_centisecs	5000	pdflush 活跃时间间隔，0为停用
vm.min_free_kbytes	dynamic	设置期望的空闲内存大小，dynamic为系统自动设置
vm.overcommit_memory	0	0: 利用探索算法允许合理的过度使用 1: 一致过度使用 3: 不允许过度使用
vm.swappiness	60	相对于页面高速缓存回收更倾向于用交换释放内存的程度高数值更倾向于交换应用程序而保留页缓存

3.2 配置大页面

更大的页面能通过提高 TLB 缓存命令率，来提升内存 IO 性能。现在处理器支持多个页面大小。设置大页面(巨页面)参考文档hugetlbpage.txt。关于大页面的使用详见文档

3.3 分配器

应用程序的用户级分配器可以在编译阶段选择，也可以在执行时用 LD_PRELOAD 环境变量设置。

3.4 资源控制

主存限制和虚拟内存限制，可通过 ulimit 实现。Linux cgroup 内存子系统可提供多种附加控制:

memory.memsw.limit_in_bytes: 允许的最大内存和交换空间
memory.limit_in_bytes: 允许的最大用户内存，包括文件缓存
memory.swappiness: 类似 vm.swappiness，作用于 cgroups
memory.oom_control: 设置为 0，允许 OOM 应用于此 cgroup，1 不允许

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