Linux性能优化实战：如何“快准狠”找到系统内存的问题？（21）

一 内存性能指标

1、系统内存使用情况

共享内存：是通过tmpfs实现的，所以它的大小也就是tmpfs使用的大小了tmpfs其实也是一种特殊的缓存

可用内存：是新进程可以使用的最大内存它包括剩余内存和可回收缓存。

缓存包括两部分：

1、一部分是磁盘读取文件的页缓存，用来缓存从磁盘读取的数据，可以加快以后再次访问的速度。

2、另一部分，则是 Slab 分配器中的可回收内存2、进程内存使用情况，

缓冲区是对原始磁盘块的临时存储，用来缓存将要写入磁盘的数据。这样，内核就可以把分散的写集中起来，统一优化磁盘写入。

2、进程内存使用情况

虚拟内存：包括了进程代码段、数据段、共享内存、已经申请的堆内存和已经换出的内存等。这里要注意，已经申请的内存，即使还没有分配物理内存，也算作虚拟内存

常驻内存：是进程实际使用的物理内存，不过，它不包括 Swap 和共享内存，常驻内存一般会换算成占系统总内存的百分比，也就是进程的内存使用率。

共享内存：既包括与其他进程共同使用的真实的共享内存，还包括了加载的动态链接库以及程序的代码段等。

Swap 内存：是指通过 Swap 换出到磁盘的内存。

3、缺页异常

两种缺页异常

1、可以直接从物理内存中分配时，被称为次缺页异常。
2、需要磁盘 I/O 介入（比如 Swap）时，被称为主缺页异常.

显然，主缺缺页异常升高，就意味着需要磁盘 I/O，那么内存访问也会慢很多

4、内存指标思维导图

二、内存性能工具

1、案例总结分析

首先，你应该注意到了，所有的案例中都用到了 free。这是个最常用的内存工具，可以查看系统的整体内存和 Swap使用情况。相对应的，你可以用 top 或 ps，查看进程的内

然后，在缓存和缓冲区的原理篇中，我们通过 proc 文件系统，找到了内存指标的来源；并通过 vmstat，动态观察了内存的变化情况。与 free 相比，

vmstat 除了可以动态查看内存变化，还可以区分缓存和缓冲区、Swap 换入和换出的内存大小。

接着，在缓存和缓冲区的案例篇中，为了弄清楚缓存的命中情况，我们又用了 cachestat ，查看整个系统缓存的读写命中情况，并用 cachetop 来观察每个进程缓存的读写命中情况

再接着，在内存泄漏的案例中，我们用 vmstat，发现了内存使用在不断增长，又用 memleak，确认发生了内存泄漏。通过 memleak 给出的内存分配栈，我们找到了内存泄漏的泄漏。通过 memleak 给出的内存分配栈，我们找到了内存泄漏的可疑位置。

最后，在 Swap 的案例中，我们用 sar 发现了缓冲区和和 Swap 升高的问题。通过 cachetop，我们找到了缓冲区升高的根源；通过对比剩余内存跟 /proc/zonei/zoneinfo 的内存阈，我们发现 Swap 升高是内存回收导致的。案例最后，我们还通过 /proc 文件系统，找出了 Swap 所影响的进程。

2、根据指标找工具

3、根据工具找指标

三、如何迅速分析内存的性能瓶颈

1、如何定位系统瓶颈？

在实际生产环境中，我们希望的是，尽可能快地定位系统瓶颈，然后尽可能快地优化性能，也就是要又快又准地解决性能问题。

举个最简单的例子，当你看到系统的剩余内存很低时，是不是就说明，进程一定不能申请分配新内存了呢？当然不是，因为进程可以使用的内存，除了剩余内存，还包括了可回收的缓存和缓冲区。

所以，为了迅速定位内存问题，我通常会先运行几个覆盖面比较大的的性能工具，比如 free、top、vmstat、pidstat 等。

具体的分析思路主要有这几步。

1、先用 free 和 top，查看系统整体的内存使用情况。

2、再用 vmstat 和 pidstat，查看一段时间的趋势，，从而判断出内存问题的类型。

3、最后进行详细分析，比如内存分配分析、缓存 / 缓冲区分析、具体进程的内存使用分析等。

2、定位系统瓶颈流程图

 

 3、使用方法

第一个例子，当你通过 free，发现大部分内存都被缓存占用后，可以使用 vmstat 或者 sar 观察一下缓存的变化趋势，确认缓存的使用是否还在继续增大。

如果继续增大，则说明导致缓存升高的进程还在运行，那你就能用缓存 / 缓冲区分析工具（比如 cachetop、、slabtop 等），分析这些缓存到底被哪里占用。

 

第二个例子，当你 free 一下，发现系统可用内存不足时，首先要确认内存是否被缓存 / 缓冲区占用。排除缓存 / 缓冲区后，你可以继续用 pidstat 或者 top，定位占用内占用内存最多的进程

找出进程后，再通过进程内存空间工具(比如pmap)，分析进程地址空间中内存的使用情况就可以了

 

第三个例子，通过vmstat或者sar发现内存在不断增长后，可以分析是否存在内存泄漏的问题，比如你可以使用内存分配工具memleak，检查是否存在内存泄漏

问题，memleak会为你输出内存邪路的进程以及调用堆栈。