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本文由 LinuxProbe.Com 团队成员 魏丽猿 整理发布,原文来自:Linux Performance。
vmstat 命令能够报告关于内核线程、虚拟内存、磁盘、陷阱和 CPU 活动的统计信息,那么我们又该如何理解其工作原理呢?
vmstat -a 命令能看到 active memory 和 inactive memory:
$ 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
1 0 138096 319560 1372408 1757848 0 0 2 3 2 3 1 0 99 0 0
但它们的含义在 manpage 中只给了简单的说明,并未详细解释:
inact: the amount of inactive memory. (-a option)
active: the amount of active memory. (-a option)
在此我们试图准确理解它的含义。通过阅读 vmstat 的源代码 (vmstat.c 和 proc/sysinfo.c) 得知,vmstat 命令是直接从 /proc/meminfo 中获取的数据:
$ grep -i act /proc/meminfo
Active: 1767928 kB
Inactive: 1373760 kB
而 /proc/meminfo 的数据是在以下内核函数中生成的:
fs/proc/meminfo.c:
==================
0023 static int meminfo_proc_show(struct seq_file *m, void *v)
0024 {
...
0032 unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
...
0051 for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
0052 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
...
0095 "Active: %8lu kB\n"
0096 "Inactive: %8lu kB\n"
0097 "Active(anon): %8lu kB\n"
0098 "Inactive(anon): %8lu kB\n"
0099 "Active(file): %8lu kB\n"
0100 "Inactive(file): %8lu kB\n"
...
0148 K(pages[LRU_ACTIVE_ANON] + pages[LRU_ACTIVE_FILE]),
0149 K(pages[LRU_INACTIVE_ANON] + pages[LRU_INACTIVE_FILE]),
0150 K(pages[LRU_ACTIVE_ANON]),
0151 K(pages[LRU_INACTIVE_ANON]),
0152 K(pages[LRU_ACTIVE_FILE]),
0153 K(pages[LRU_INACTIVE_FILE]),
...
这段代码的意思是统计所有的 LRU list,其中 Active Memory 等于ACTIVE_ANON 与 ACTIVE_FILE 之和,Inactive Memory等于 INACTIVE_ANON 与 INACTIVE_FILE 之和。
LRU list是 Linux kernel 的内存页面回收算法 (Page Frame Reclaiming Algorithm) 所使用的数据结构,LRU 是 Least Recently Used 的缩写词, 这个算法的核心思想是:回收的页面应该是最近使用得最少的,为了实现这个目标,最理想的情况是每个页面都有一个年龄项,用于记录最近一次访问页面的时间,可惜 x86 CPU 硬件并不支持这个特性,x86 CPU 只能做到在访问页面时设置一个标志位 Access Bit,无法记录时间,所以 Linux Kernel 使用了一个折衷的方法——它采用了 LRU list 列表,把刚访问过的页面放在列首,越接近列尾的就是越长时间未访问过的页面,这样,虽然不能记录访问时间,但利用页面在 LRU list 中的相对位置也可以轻松找到年龄最长的页面。Linux kernel 设计了两种 LRU list: active list 和 inactive list, 刚访问过的页面放进 active list,长时间未访问过的页面放进 inactive list,这样从 inactive list 回收页面就变得简单了。内核线程 kswapd 会周期性地把 active list 中符合条件的页面移到 inactive list 中,这项转移工作是由 refill_inactive_zone()完成的。
vmstat 看到的 active/inactive memory 就分别是 active list 和 inactive list 中的内存大小, 如果 inactive list 很大,表明在必要时可以回收的页面很多;而如果 inactive list 很小,说明可以回收的页面不多,Active/inactive memory是针对用户进程所占用的内存而言的,内核占用的内存(包括 slab)不在其中。
至于在源代码中看到的 ACTIVE_ANON 和 ACTIVE_FILE,分别表示 anonymous pages 和mapped pages。用户进程的内存页分为两种:与文件关联的内存(比如程序文件、数据文件所对应的内存页)和与文件无关的内存(比如进程的堆栈,用 malloc 申请的内存),前者称为 file pages 或 mapped pages,后者称为 anonymous pages,File pages 在发生换页 (page-in 或 page-out) 时,是从它对应的文件读入或写出;anonymous pages 在发生换页时,是对交换区进行读 / 写操作。
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