SWAP的罪与罚

2012/11/30 00:22
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   说个案例:一台Apache服务器,由于其MaxClients参数设置过大,并且恰好又碰到访问量激增,结果内存被耗光,从而引发SWAP,进而负载攀升,最终导致宕机。

   正所谓:SWAP,性能之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也。

哪些工具可以监测SWAP

   最容易想到的就是free命令了,它指明了当前SWAP的使用情况:

shell> free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:         32178      32075        103          0        298       7032
-/+ buffers/cache:      24744       7433
Swap:        34175      11374      22801

   另一个常用的是sar命令,它能列出系统在各个时间的SWAP使用情况:

shell> sar -r
01:00:01 AM kbmemfree kbmemused  %memused kbbuffers  kbcached kbswpfree kbswpused  %swpused  kbswpcad
01:00:01 AM    164112  32786496     99.50    274340   7347520  23345644  11650572     33.29   4656908
01:10:01 AM    106940  32843668     99.68    278612   7409376  23346452  11649764     33.29   4656216
01:20:01 AM     93244  32857364     99.72    317368   7369564  23346556  11649660     33.29   4650308
01:30:01 AM    126316  32824292     99.62    320896   7401228  23346932  11649284     33.29   4649888
01:40:01 AM    126824  32823784     99.62    323692   7365428  23346992  11649224     33.29   4648848

   不过free命令和sar命令显示的都不是实时数据,如果需要,可以使用vmstat命令:

shell> vmstat 1
procs -----------memory------------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff   cache     si   so    bi    bo   in    cs us sy id wa st
 2  0 11647532 123664 305064 7193168    0    0     6   155    0     0  8  2 90  0  0
 0  0 11647532 123672 305064 7193172    0    0    12     0 6626 14699  6  2 92  0  0
 0  0 11647532 125728 305064 7193468    0    0    12     0 6717 13706  5  2 93  0  0
 2  0 11647532 125376 305064 7193476    0    0    24     0 6830 15961  7  2 91  0  0
 1  0 11647532 124508 305068 7193624    0    0     0  1164 6645 13363  6  2 92  0  0

   每秒刷新一次结果,在SWAP一栏里列出了相关数据,至于si和so的解释,大致如下:

  • si: Amount of memory swapped in from disk (/s).

  • so: Amount of memory swapped to disk (/s).

  •    如果它们一直是零当然最好不过了,偶尔不为零也没啥,糟糕的是一直不为零。

       前面介绍的方法,看到的都是SWAP的整体情况,可是如果我想查看到底是哪些进程使用了SWAP,应该如何操作呢?这个问题有点棘手,我们来研究一下:

       好消息是top命令能提供这个信息,不过缺省并没有显示,我们需要激活一下:

  • 打开top;

  • 按「f」进入选择字段的界面;

  • 按「p」选择「SWAP」字段;

  • 按回车确认。

  •    坏消息是top命令提供的SWAP信息只是一个理论值,或者更直白一点儿来说它根本就是不可信的(在top里SWAP的计算公式是:SWAP=VIRT-RES)。

       BTW:相比之下,top里的「nFLT」字段更有价值,它表示PageFault的次数。

       那到底我们能不能获取到进程的SWAP情况呢?别着急,看代码:

    #!/bin/bash
    
    cd /proc
    
    for pid in [0-9]*; do
        command=$(cat /proc/$pid/cmdline)
    
        swap=$(
            awk \'
                BEGIN  { total = 0 }
                /Swap/ { total += $2 }
                END    { print total }
            \' /proc/$pid/smaps
        )
    
        if (( $swap > 0 )); then
            if [[ "${head}" != "yes" ]]; then
                echo -e "PID\\tSWAP\\tCOMMAND"
                head="yes"
            fi
    
            echo -e "${pid}\\t${swap}\\t${command}"
        fi
    done

       说明:请使用root权限来运行此脚本。

    哪些因素可能影响SWAP

       内存不足无疑会SWAP,但有些时候,即便看上去内存很充裕,还可能会SWAP,这种现象被称为SWAP Insanity,罪魁祸首主要有以下几点:

       Swappiness的迷失

       实际上,当可用内存不足时,系统有两个选择:一个是通过SWAP来释放内存,另一个是删除Cache中的Page来释放内存。一个很常见的例子是:当拷贝大文件的时候,时常会发生SWAP现象。这是因为拷贝文件的时候,系统会把文件内容在Cache中按Page来缓存,此时一旦可用内存不足,系统便会倾向于通过SWAP来释放内存。

       内核中的swappiness参数可以用来控制这种行为,缺省情况下,swappiness的值是60:

    shell> sysctl -a | grep swappiness
    vm.swappiness = 60

       它的含义是:如果系统需要内存,有百分之六十的概率执行SWAP。知道了这一点,我们很自然的会想到用下面的方法来降低执行SWAP的概率:

    shell> echo "vm.swappiness = 0" >> /etc/sysctl.conf
    shell> sysctl -p

       这样做的确可以降低执行SWAP的概率,但并不意味着永远不会执行SWAP。

       NUMA的诅咒

       NUMAMySQL社区有很多讨论,这里不多说了,直击NUMA和SWAP的恩怨纠葛。

       大概了解一下NUMA最核心的numactl命令:

    shell> numactl --hardware
    available: 2 nodes (0-1)
    node 0 size: 16131 MB
    node 0 free: 100 MB
    node 1 size: 16160 MB
    node 1 free: 10 MB
    node distances:
    node   0   1
      0:  10  20
      1:  20  10

       可以看到系统有两个节点(其实就是两个物理CPU),它们各自分了16G内存,其中零号节点还剩100M内存,一号节点还剩10M内存。设想启动了一个需要11M内存的进程,系统把它分给了一号节点来执行,此时虽然系统总体的可用内存大于该进程需要的内存,但因为一号节点本身剩余的可用内存不足,所以仍然可能会触发SWAP行为。

       需要说明的一点事,numactl命令中看到的各节点剩余内存中时不包括Cache内存的,实际上Cache也是可用的,如果需要知道,我们可以利用drop_caches参数先释放它:

    shell> sysctl vm.drop_caches=1

       注:这步操作可能会引起系统负载的震荡。

       另:如何确定一个进程的节点及内存分配情况?网络上有现成的脚本

       如果要规避NUMA对SWAP的影响,最简单的方法就是在启动进程的时候禁用它:

    shell> echo 0 > /proc/sys/vm/zone_reclaim_mode
    shell> numactl --interleave=all ...

       另:网络上有一些关于MySQL和SWAP的讨论,对于理解SWAP有一定意义,推荐:

  • MySQL如何避免使用swap(一)

  • MySQL如何避免使用swap(二)

  • MySQL如何避免使用swap(三)

  •    补:Memcached在启动的时候如果带上了k选项,就能避免使用SWAP,但要慎用。

       …

       早些年,YouTube曾经被SWAP问题困扰过,他们当时的解决方法很极端:删除SWAP!不得不说这真是艺高人胆大,可惜对芸芸众生的我们而言,这实在是太危险了,因为如此一来,一旦内存耗尽,由于没有SWAP的缓冲,系统会立即开始OOM,结果可能会让问题变得更加复杂,所以大家还是安分守己做个老实人吧。

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