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來自：系統(tǒng)技術非業(yè)余研究

作者：Yu Feng

鏈接：http://blog.yufeng.info/archives/245

前幾天小馬同學問了一個問題：

我ps aux看到的RSS內(nèi)存只有不到30M，但是free看到內(nèi)存卻已經(jīng)使用了7,8G了，已經(jīng)開始swap了，請問ps aux的實際物理內(nèi)存統(tǒng)計是不是漏了哪些內(nèi)存沒算？我有什么辦法確定free中used的內(nèi)存都去哪兒了呢？

這個問題不止一個同學遇到過了，之前小王同學也遇到這個問題，內(nèi)存的計算總是一個迷糊賬。我們今天來把它算個清楚下!

通常我們是這樣看內(nèi)存的剩余情況的：

$free?-m
?????????????total???????used???????free?????shared????buffers?????cached
Mem:?????????48262???????7913??????40349??????????0?????????14????????267
-/+?buffers/cache:???????7631??????40631
Swap:?????????2047????????336???????1711

那么這個信息是如何解讀的呢，以下這個圖解釋的挺清楚的！

上面的情況下我們總的內(nèi)存有48262M，用掉了7913M。其中buffer+cache總共14+267=281M, 由于這種類型的內(nèi)存是可以回收的，雖然我們用掉了7913M，但是實際上我們?nèi)绻麑嵲谛枰脑挘@部分buffer/cache內(nèi)存是可以放出來的。

我們來演示下：

$?sudo?sysctl?vm.drop_caches=3
vm.drop_caches?=?3
$?free?-m
?????????????total???????used???????free?????shared????buffers?????cached
Mem:?????????48262???????7676??????40586??????????0??????????3?????????41
-/+?buffers/cache:???????7631??????40631
Swap:?????????2047????????336???????1711

我們把buffer/cache大部分都清除干凈了，只用了44M，所以我們這次used的空間是7676M。
到現(xiàn)在我們比較清楚幾個概念：

1. 總的內(nèi)存多少
2. buffer/cache內(nèi)存可以釋放的。
3. used的內(nèi)存的概率。

即使是這樣我們還是要繼續(xù)追查下used的空間（7637M)到底用到哪里去了？
這里首先我們來介紹下nmon這個工具，它對內(nèi)存的使用顯示比較直觀。

使用的內(nèi)存的去向我們很自然的就想到操作系統(tǒng)系統(tǒng)上的各種進程需要消耗各種內(nèi)存，我們透過top工具來看下：

通常我們會看進程的RES這一項，這項到底是什么意思呢？這個數(shù)字從哪里出來的呢？通過strace對top和nmon的追蹤和結(jié)合源碼，我們確定這個值是從/proc/PID/statm的第二個字段讀取出來的.
那這個字段什么意思呢？
man proc

或者http://www.kernel.org/doc/man-pages/online/pages/man5/proc.5.html 會詳細的解釋/proc/下的文件的具體意思，我們摘抄下：

/proc/[pid]/statm
Provides?information?about?memory?usage,?measured?in?pages.?The
columns?are:

size?total?program?size
(same?as?VmSize?in?/proc/[pid]/status)
resident?resident?set?size
(same?as?VmRSS?in?/proc/[pid]/status)
share?shared?pages?(from?shared?mappings)
text?text?(code)
lib?library?(unused?in?Linux?2.6)
data?data?+?stack
dt?dirty?pages?(unused?in?Linux?2.6)

resident set size 也就是每個進程用了具體的多少頁的內(nèi)存。由于linux系統(tǒng)采用的是虛擬內(nèi)存，進程的代碼，庫，堆和棧使用的內(nèi)存都會消耗內(nèi)存，但是申請出來的內(nèi)存，只要沒真正touch過，是不算的，因為沒有真正為之分配物理頁面。

我們實際進程使用的物理頁面應該用resident set size來算的，遍歷所有的進程，就可以知道所有的所有的進程使用的內(nèi)存。

我們來實驗下RSS的使用情況：

$?cat?RSS.sh
#/bin/bash???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
for?PROC?in?`ls??/proc/|grep?"^[0-9]"`
do
??if?[?-f?/proc/$PROC/statm?];?then
??????TEP=`cat?/proc/$PROC/statm?|?awk?'{print?($2)}'`
??????RSS=`expr?$RSS?+?$TEP`
??fi
done
RSS=`expr?$RSS?\*?4`
echo?$RSS"KB"
$?./RSS.sh??
7024692KB

從數(shù)字來看，我們的進程使用了大概7024M內(nèi)存，距離7637M還有幾百M內(nèi)存哪里去了？哪里去了？貓吃掉了？

我們再回頭來仔細看下nmon的內(nèi)存統(tǒng)計表。

那個該死的slab是什么呢？那個PageTables又是什么呢？

簡單的說內(nèi)核為了高性能每個需要重復使用的對象都會有個池，這個slab池會cache大量常用的對象，所以會消耗大量的內(nèi)存。運行命令：

$?slabtop

我們可以看到：

從圖我們可以看出各種對象的大小和數(shù)目，遺憾的是沒有告訴我們slab消耗了多少內(nèi)存。

我們自己來算下好了：

$?echo?`cat?/proc/slabinfo?|awk?'BEGIN{sum=0;}{sum=sum+$3*$4;}END{print?sum/1024/1024}'`?MB
904.256?MB

好吧，把每個對象的數(shù)目*大小，再累加，我們就得到了總的內(nèi)存消耗量:904M

那么PageTables呢？我們?nèi)f能的內(nèi)核組的同學現(xiàn)身了：

伯瑜:
你還沒有計算page?tables的大小，還有struct?page也有一定的大小（每個頁一個,64bytes），如果是2.6.32的話，每個頁還有一個page_cgroup(32bytes)，也就是說內(nèi)存大小的2.3%(96/4096)會被內(nèi)核固定使用的
含黛:
struct?page是系統(tǒng)boot的時候就會根據(jù)內(nèi)存大小算出來分配出去的，18內(nèi)核是1.56%左右，32內(nèi)核由于cgroup的原因會在2.3%

好吧，知道是干嘛的啦，管理這些物理頁面的硬開銷，那么具體是多少呢？

$?echo?`grep?PageTables?/proc/meminfo?|?awk?'{print?$2}'`?KB
58052?KB

好吧，小結(jié)下！內(nèi)存的去向主要有3個：

• 1. 進程消耗。
• 2. slab消耗?
• 3.pagetable消耗。

我把三種消耗匯總下和free出的結(jié)果比對下,這個腳本的各種計算項仲同學幫忙搞定的:

$?cat?cm.sh
#/bin/bash
for?PROC?in?`ls?/proc/|grep?"^[0-9]"`
do
??if?[?-f?/proc/$PROC/statm?];?then
??????TEP=`cat?/proc/$PROC/statm?|?awk?'{print?($2)}'`
??????RSS=`expr?$RSS?+?$TEP`
??fi
done
RSS=`expr?$RSS?\*?4`
PageTable=`grep?PageTables?/proc/meminfo?|?awk?'{print?$2}'`
SlabInfo=`cat?/proc/slabinfo?|awk?'BEGIN{sum=0;}{sum=sum+$3*$4;}END{print?sum/1024/1024}'`

echo?$RSS"KB",?$PageTable"KB",?$SlabInfo"MB"
printf?"rss+pagetable+slabinfo=%sMB\n"?`echo?$RSS/1024?+?$PageTable/1024?+?$SlabInfo|bc`
free?-m

$?./cm.sh
7003756KB,?59272KB,?904.334MB
rss+pagetable+slabinfo=7800.334MB
?????????????total???????used???????free?????shared????buffers?????cached
Mem:?????????48262???????8050??????40211??????????0?????????17????????404
-/+?buffers/cache:???????7629??????40633
Swap:?????????2047????????336???????1711

free報告說7629， 我們的cm腳本報告說7800.3M， 我們的CM多報了171M。
damn,這又怎么回事呢？

我們重新校對下我們的計算。我們和nmon來比對下，slab和pagetable的值是吻合的。那最大的問題可能在進程的消耗計算上。

resident ? resident set size 包括我們使用的各種庫和so等共享的模塊，在前面的計算中我們重復計算了。

$?pmap?`pgrep?bash`
...
22923:???-bash
0000000000400000????848K?r-x--??/bin/bash
00000000006d3000?????40K?rw---??/bin/bash
00000000006dd000?????20K?rw---????[?anon?]
00000000008dc000?????36K?rw---??/bin/bash
00000000013c8000????592K?rw---????[?anon?]
000000335c400000????116K?r-x--??/lib64/libtinfo.so.5.7
...
0000003ec5220000??????4K?rw---??/lib64/ld-2.12.so
0000003ec5221000??????4K?rw---????[?anon?]
0000003ec5800000???1628K?r-x--??/lib64/libc-2.12.so
...
0000003ec5b9c000?????20K?rw---????[?anon?]
00007f331b910000??96836K?r----??/usr/lib/locale/locale-archive
00007f33217a1000?????48K?r-x--??/lib64/libnss_files-2.12.so
...
00007f33219af000?????12K?rw---????[?anon?]
00007f33219bf000??????8K?rw---????[?anon?]
00007f33219c1000?????28K?r--s-??/usr/lib64/gconv/gconv-modules.cache
00007f33219c8000??????4K?rw---????[?anon?]
00007fff5e553000?????84K?rw---????[?stack?]
00007fff5e5e4000??????4K?r-x--????[?anon?]
ffffffffff600000??????4K?r-x--????[?anon?]
?total???????????108720K

多出的171M正是共享庫重復計算的部分。

但是由于每個進程共享的東西都不一樣，我們也沒法知道每個進程是如何共享的，沒法做到準確的區(qū)分。

所以只能留點小遺憾，歡迎大家來探討。

總結(jié)：內(nèi)存方面的概念很多，需要深入挖掘！

祝玩的開心！

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