[转帖]linux性能优化-内存回收

linux文件页、脏页、匿名页

1. 缓存和缓冲区，就属于可回收内存。它们在内存管理中，通常被叫做文件页（File-backed Page）。
2. 通过内存映射获取的文件映射页，也是一种常见的文件页。它也可以被释放掉，下次再访问的时候，从文件重新读取。

• 大部分文件页，都可以直接回收，以后有需要时，再从磁盘重新读取就可以了。

1. 那些被应用程序修改过，并且暂时还没写入磁盘的数据，称为脏页。

• 脏页需要先写入磁盘，然后才能进行内存释放。
• 脏页的写入磁盘的方式：
  （1）系统调用 fsync ，把脏页同步到磁盘中
  （2）也可以交给系统，由内核线程 pdflush 负责这些脏页的刷新

1. 应用程序动态分配的堆内存称为匿名页（Anonymous Page）

• 堆内存很可能还要再次被访问，不能直接回收释放。
• 匿名页使用swap机制进行内存回收。Swap 把这些不常访问的内存先写到磁盘中，然后释放这些内存，给其他更需要的进程使用。再次访问这些内存时，重新从磁盘读入内存就可以了。

Swap机制

Swap 说白了就是把一块磁盘空间或者一个本地文件（以下讲解以磁盘为例），当成内存来使用。它包括换出和换入两个过程。

• 换出，就是把进程暂时不用的内存数据存储到磁盘中，并释放这些数据占用的内存。
• 换入，则是在进程再次访问这些内存的时候，把它们从磁盘读到内存中来。

回收分类

1. 直接内存回收：有新的大块内存分配请求，但是剩余内存不足。这个时候系统就需要回收一部分内存（比如前面提到的缓存），进而尽可能地满足新内存请求。这个过程通常被称为直接内存回收。
2. 定期回收内存：linux有一个专门的内核线程用来定期回收内存，也就是 kswapd0。为了衡量内存的使用情况，kswapd0 定义了三个内存阈值（watermark，也称为水位），分别是页最小阈值（pages_min）、页低阈值（pages_low）和页高阈值（pages_high）。剩余内存，则使用 pages_free 表示。kswapd0 定期扫描内存的使用情况，并根据剩余内存落在这三个阈值的空间位置，进行内存的回收操作。
   

• 剩余内存小于页最小阈值，说明进程可用内存都耗尽了，只有内核才可以分配内存。
• 剩余内存落在页最小阈值和页低阈值中间，说明内存压力比较大，剩余内存不多了。这时 kswapd0 会执行内存回收，直到剩余内存大于高阈值为止。
• 剩余内存落在页低阈值和页高阈值中间，说明内存有一定压力，但还可以满足新内存请求。
• 剩余内存大于页高阈值，说明剩余内存比较多，没有内存压力。
• 页低阈值，可以通过内核选项 /proc/sys/vm/min_free_kbytes 来间接设置。
• 三个内存阈值（页最小阈值、页低阈值和页高阈值），都可以通过内存域在 proc 文件系统中的接口 /proc/zoneinfo 来查看。

$ cat /proc/zoneinfo
...
Node 0, zone   Normal
 pages free     227894
       min      14896
       low      18620
       high     22344
...
     nr_free_pages 227894
     nr_zone_inactive_anon 11082
     nr_zone_active_anon 14024
     nr_zone_inactive_file 539024
     nr_zone_active_file 923986
...



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• pages 处的 min、low、high，就是上面提到的三个内存阈值，而 free 是剩余内存页数，它跟后面的 nr_free_pages 相同。
• nr_zone_active_anon 和 nr_zone_inactive_anon，分别是活跃和非活跃的匿名页数。
• nr_zone_active_file 和 nr_zone_inactive_file，分别是活跃和非活跃的文件页数。

NUMA（Non-Uniform Memory Access）

1. 在 NUMA 架构下，多个处理器被划分到不同 Node 上，且每个 Node 都拥有自己的本地内存空间。
2. 同一个 Node 内部的内存空间，实际上又可以进一步分为不同的内存域（Zone），比如直接内存访问区（DMA）、普通内存区（NORMAL）、伪内存区（MOVABLE）等，如下图所示：
   
3. NUMA 架构下的每个 Node 都有自己的本地内存空间，那么，在分析内存的使用时，我们也应该针对每个 Node 单独分析。
4. 通过 numactl 命令，来查看处理器在 Node 的分布情况，以及每个 Node 的内存使用情况。

$ numactl --hardware
available: 1 nodes (0)
node 0 cpus: 0 1
node 0 size: 7977 MB
node 0 free: 4416 MB
...



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1. 某个 Node 内存不足时，系统可以从其他 Node 寻找空闲内存，也可以从本地内存中回收内存。具体选哪种模式，你可以通过 /proc/sys/vm/zone_reclaim_mode 来调整。它支持以下几个选项：

• 默认的 0 ，表示既可以从其他 Node 寻找空闲内存，也可以从本地回收内存。
• 1、2、4 都表示只回收本地内存。
• 2 表示可以回写脏数据回收内存。
• 4 表示可以用 Swap 方式回收内存。

总结

1. 对文件页的回收，当然就是直接回收缓存，或者把脏页写回磁盘后再回收。
2. 对匿名页的回收，其实就是通过 Swap 机制，把它们写入磁盘后再释放内存。
3. 针对两种不同的内存回收机制，在实际回收内存时，Linux 提供了一个 /proc/sys/vm/swappiness 选项，用来调整使用 Swap 的积极程度。

• swappiness 的范围是 0-100，数值越大，越积极使用 Swap，也就是更倾向于回收匿名页；数值越小，越消极使用 Swap，也就是更倾向于回收文件页。
• 虽然 swappiness 的范围是 0-100，不过要注意，这并不是内存的百分比，而是调整 Swap 积极程度的权重，即使你把它设置成 0，当剩余内存 + 文件页小于页低阈值时，还是会发生 Swap。

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