NUMA导致的MySQL服务器SWAP问题分析与解决方案

【SWAP产生原理】

先从swap产生的原理来分析，由于linux内存管理比较复杂，下面以问答的方式列了一些重要的点，方便大家理解：

1、swap是如何产生的

swap指的是一个交换分区或文件，主要是在内存使用存在压力时，触发内存回收，这时可能会将部分内存的数据交换到swap空间。

2、内存回收的机制

<1>Linux内核使用cache对部分文件进行缓存，提升文件读写效率。所以 引入了kswapd进程进行周期性检查，保证剩余内存空间。

<2>当内存分配没有足够的空间时，直接内存回收。

3、内存回收如何实现

这部分实现非常复杂，简单来说，内存回收操作主要针对内存的文件页和匿名页，这些页都通过LRU链表来管理。

其中anon的匿名页内存主要回收手段是swap，文件页释放方式是写回和清空。

4、讲几个重要的概念

<1>内存节点node，在NUMA的情况下，CPU访问不同位置的内存，会有本地内存和远端内存之分，这两个就是不同的节点。

<2>内存分区 zone，linux对内存节点做了进一步划分，将一个节点划分为不同的区。内存管理的逻辑以zone为单位。

<3>内存水位标记，分为high、low、min

通过下图可以比较直观的了解

5、内存回收行为

<1>当系统剩余内存低于low时，kswapd开始起作用进行内存回收，直到内存达到high水位。

<2>当剩余内存达到min时就会触发直接回收。

<3>当触发全局回收，并且file+free<=high时，一定会进行针对匿名页的swap。

下面举例：

在数据库做全备份时cache大量使用，剩余可用空间不足，触发内存回收，

上图是/proc/zoneinfo的部分内容，可以看到满足了file+free<=high的条件，同一时间触发了swap，将内存匿名页的数据写入交换区

有大量的文件页cache，为什么会出现file+free<=high的情况，分析下来全备文件缓存时，node 0的nr_inactive_file很低，大部分非活动的文件页都分布在node 1上，是由于开启NUMA导致的。

【关闭NUMA的方案】

1、 在mysqld_safe脚本中加上“numactl –interleave all”来启动mysqld

2、 Linux Kernel启动参数中加上numa=off，需要重启服务器

3、 在BIOS层面关闭NUMA

4、 MySQL 5.6.27/5.7.9开始引用innodb_numa_interleave选项

对于2、3、4关闭NUMA的方案比较简单，不做详细描述，下面重点描述下方案1

【开启numa interleave访问的步骤】

1、 yum install numactl -y

2、修改/usr/bin/mysqld_safe文件

cmd="`mysqld_ld_preload_text`$NOHUP_NICENESS"下新增一条脚本

cmd="/usr/bin/numactl --interleave all $cmd"

3、service mysql stop

4、#写入硬盘，防止数据丢失

sync;sync;sync

5、#延迟10秒

sleep 10

6、#清理pagecache、dentries和inodes

sysctl -q -w vm.drop_caches=3

7、service mysql start

8、验证numactl –interleave all是否生效，可以通过下面命令，interleave_hit是采用interleave策略从该节点分配的次数，没有启动interleave策略的服务器，这个值会很低

numastat -mn -p `pidof mysqld`