Linux中的内存使用信息

河马 2022-11-22 01:07 72 阅读13分钟

说明：本文大量参考了文末链接给出的几篇文章。

【free命令】

在查看Linux的内存使用状况的手段中，free命令恐怕是最为人熟知，也是被使用的最多的，毕竟简洁方便嘛。来看下free命令的输出：

第一行"Mem"中，"total"是总的物理内存，"free"是空闲内存，"shared"是基于tmpfs的共享内存，"buff/cache"主要就是page cache（"shared"属于"buff/cache"的一部分，原因将在后面介绍）。而"used"是根据空闲内存和page cache计算出来的结果：

used=total−free−buffers/cacheused = total - free - buffers/cache

"available"是内核3.14版本加入的，包括空闲内存和可回收的内存，但"available"的值实际是小于"free+buffer/cache"的，具体的原因请参考这篇文章。

第二行"Swap"中，"total"是磁盘中划定的swap space大小，由于我的机器现在没有跑什么任务，内存很充足，不需要将页面swap out，所以swap space的"used"为0。

【meminfo】

对应关系

free命令的输出信息有限，如果要获取更详细的内容，应查看"/proc/meminfo"。其实啊，"free"输出的结果，就是从"meminfo"中提取出来后进一步加工过的，这从代码的实现也不难发现：

parse_meminfo --> xfopen_for_read("/proc/meminfo");openat(AT_FDCWD, "/proc/meminfo", O_RDONLY) = 3

因此，两者存在很多直接的对应关系（以Red Hat Enterprise Linux 7.1为例）：

表 1

至于"meminfo"中数据的计算方法，则是在"/fs/proc/meminfo.c"文件中。

Buffers和Cached

当通过ext3/ext4等文件系统去访问file时，产生的page cache就是"Cached"，而直接访问"/dev/sda1"这种基于裸分区的file时，产生的缓存就是"Buffers"，可通过如下实验验证这一点：

LRU和Shmem

"meminfo"中记录了对用于内存回收的LRU链表的统计信息，其中"Active"等于"Active(anon)"+"Active(file)"，"Inactive"等于"Inactive(anon)"+"Inctive(file)"，但是好像"AnonPages"并不等于"Active(anon)"+"Inactive(anon)"，"Buffers"+"Cached"也并不等于"Active(file)"+"Inactive(file)"？

差值就在Shmem里，基于内存文件系统tmpfs的share memory比较特殊，从文件系统的角度，它是属于page cache的（"buff/cache"中的"cache"部分），这可以通过以下的实验得到验证：新增一个10MB大小的tmpfs的文件系统镜像，可以看到"Cached"和"Shmem"的值都增大了10MB左右，而"Buffers"的值没有变化。

但是它又没有对应磁盘上的文件，在回收的时候，其页面内容需要像anonymous page一样swap out到磁盘保存起来，因此它只能放在Active(anon)/Inactive(anon)中。

Mapped

因为page cache中的页面即便已经不再被任一进程使用，但考虑到以后的某个时刻可能还会用到，在内存相对充足的情况下，这些页面将继续驻留在内存而不会被释放，但此时它们属于没有进程映射的状态。

为了统计Page Cache中被进程正在使用的内存，增加了一个"Mapped"信息，它属于page cache的一部分（可视作“子集”），其值永远小于（或等于）page cache的大小。对于Shmem正在被进程关联的内存，也属于"Mapped"范畴。

Swap Cache

"SwapCached"表示的是swap cache的大小，因为swap cache是用于anonymous pages的换入和换出的，因此它属于"AnonPages"的一部分。虽然"SwapCached"名字中有一个"Cached"，但它和表示page cache的"Cached"本质上毫无关联。

Slab

还有一个是关于slab cache的统计信息（由"Slab"表示），它分为可回收的"SReclaimable"部分和不可回收的"SUnreclaim"部分。其中可回收的部分主要包括inode cache和dentry cache，它们除了在内存资源紧张时会被自动回收，还可手动强制回收，详情请参考这篇文章。

free命令输出中的"buff/cache"通常包含"Slab"（比如上面的表1），但"meminfo"中的"Cached"并不包含它：

可通过以下实验验证这一点：

【内核内存的计算】

根据内核的地址空间构成，可以得知内核运行时所占据的内存由哪几部分组成，获取各个部分内存的使用情况的方法分别如下：

(1) "code"代码段, "rwdata"可读写数据段, "rodata"只读数据段, "bss"未初始化数据段。查看方式的方式很简单，因为它包含在了内核的启动信息中，所以直接使用"dmesg |grep memory"即可获取。因为"init"段所使用的内存在启动完成后就释放掉了，所以不算在内。

(2) kernel的"stack"，可通过"meminfo"中的"KernelStack"查询。

(3) kernel的"heap"，根据获取路径的不同，包括以下几种情况：

通过kmalloc()申请的较小的内存。此时，kmalloc将基于slab分配器获取内存，因此可通过"meminfo"中的"Slab"查询。直接调用alloc_page()或__get_free_page()分配的内存，包括通过kmalloc()申请较大内存时，以及使用vmalloc()时。对应vmalloc，可经" /proc/vmallocinfo"查看其分配和映射情况，并计算总和。