Администрирование систем Linux. Управление распределением памяти

Глава 18. Управление распределением памяти

Из данной главы вы узнаете о том, как управлять распределением оперативной памяти и кэшей.

В начале главы рассматриваются простые команды, предназначенные для вывода информации о состоянии памяти: free -om, top и cat /proc/meminfo.

После них описывается методика управления пространством подкачки, причем в описании используются такие понятия, как перемещение страницы памяти в область подкачки (swapping), перемещение страницы памяти в оперативную память (paging) и виртуальная память (virtual memory).

Последняя часть главы посвящена утилите vmstat, которая используется для мониторинга использования пространства подкачки.

18.1. Вывод информации о памяти и кэшах

18.1.1. Файл /proc/meminfo

Просмотрев содержимое файла /proc/meminfo, вы можете получить достаточно большой объем информации об использовании памяти вашего компьютера, работающего под управлением Linux.

paul@ubu1010:~$ cat /proc/meminfo 
MemTotal:        3830176 kB
MemFree:          244060 kB
Buffers:           41020 kB
Cached:          2035292 kB
SwapCached:         9892 kB
...

Первая строка содержит информацию об общем объеме физической оперативной памяти, вторая строка - информацию об объеме неиспользованной оперативной памяти. В строке, начинающейся со слова "Buffers" содержится информация об объеме оперативной памяти, использованной для буферизации файлов, со слова "cached" - информация об объеме оперативной памяти, используемой в качестве кэша, а со слова "SwapCached" - информация об объеме памяти из пространства подкачки, используемой в качестве кэша. Данный файл также содержит много другой информации, рассмотрение которой в рамках данного курса является нецелесообразным.

18.1.2. Утилита free

Утилита free выводит информацию из файла /proc/meminfo в более удобном для чтения формате. В примере ниже показан вывод рассматриваемой утилиты, содержащий краткую информацию об использовании памяти со значениями в мегабайтах.

paul@ubu1010:~$ free -om
          total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       3740       3519        221          0         42       1994
Swap:      6234         82       6152

8.1.3.Утилита top

Обычно утилита top применяется для выявления процессов, которые наиболее интенсивно используют ресурс центрального процессора, но при этом данная утилита также выводит информацию о состоянии памяти в четвертой и пятой строке (эти строки могут скрываться и восстанавливаться с помощью клавиши m).

Ниже приведен пример вывода утилиты top после запуска на рассматриваемой системе ubu1010.

top - 10:44:34 up 16 days, 9:56, 6 users, load average: 0.13, 0.09, 0.12
Tasks: 166 total,   1 running, 165 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  5.1%us, 4.6%sy, 0.6%ni, 88.7%id, 0.8%wa, 0.0%hi, 0.3%si, 0.0%st
Mem:   3830176k total,  3613720k used,   216456k free,    45452k buffers
Swap:  6384636k total,    84988k used,  6299648k free,  2050948k cached

18.2. Управление пространством подкачки

18.2.1. Информация о пространстве подкачки

Если операционной системе требуется объем памяти, превышающий объем имеющейся физической оперативной памяти, она может задействовать пространство подкачки. Пространство подкачки располагается на более медленном, но более дешевом устройстве для хранения данных. Обратите внимание на то, что хотя жесткие диски и используются чаще всего в качестве хранилищ для пространств подкачки, их значения времени доступа к данным в сотни тысяч раз хуже соответствующих значений оперативной памяти.

Пространство подкачки может быть представлено файлом, разделом жесткого диска или комбинацией файлов и разделов жесткого диска. Вы можете получить информацию об используемых пространствах подкачки выполнив либо команду free, либо команду cat /proc/swaps.

paul@ubu1010:~$ free -o | grep -v Mem
          total       used       free     shared    buffers     cached
Swap:   6384636      84988    6299648
paul@ubu1010:~$ cat /proc/swaps
Filename                Type            Size     Used   Priority
/dev/sda3               partition       6384636  84988  -1

Необходимый объем пространства подкачки зависит главным образом от предназначения рассматриваемого компьютера.

18.2.2. Создание раздела подкачки

Вы можете активировать и деактивировать пространство подкачки с помощью утилит swapon и swapoff соответственно. Новое пространство подкачки может быть создано с помощью утилиты mkswap. В приведенном ниже примере показан процесс создания и активации раздела подкачки.

root@RHELv4u4:~# fdisk -l 2> /dev/null | grep hda
Disk /dev/hda: 536 MB, 536870912 bytes
/dev/hda1               1        1040      524128+  83  Linux
root@RHELv4u4:~# mkswap /dev/hda1
Setting up swapspace version 1, size = 536702 kB
root@RHELv4u4:~# swapon /dev/hda1

После выполнения описанных действий вы можете заметить, что в файле /proc/swaps содержится информация о каждом из пространств подкачки по отдельности, а при использовании команды free -om выводится только общая информация, отформатированная для более удобного чтения.

root@RHELv4u4:~# cat /proc/swaps
Filename                          Type         Size    Used    Priority
/dev/mapper/VolGroup00-LogVol01   partition    1048568 0       -1
/dev/hda1                         partition    524120  0       -2
root@RHELv4u4:~# free -om
          total     used    free   shared    buffers    cached
Mem:        249      245       4        0        125        54
Swap: 1     535        0    1535

18.2.3. Создание файла подкачки

Ниже приведен еще одни пример, иллюстрирующий процесс создания файла подкачки. При работе с операционной системой Solaris вы можете использовать утилиту mkfile вместо утилиты dd.

root@RHELv4u4:~# dd if=/dev/zero of=/smallswapfile bs=1024 count=4096
4096+0 записей получено
4096+0 записей отправлено
root@RHELv4u4:~# mkswap /smallswapfile 
Setting up swapspace version 1, size = 4190 kB
root@RHELv4u4:~# swapon /smallswapfile 
root@RHELv4u4:~# cat /proc/swaps 
Filename                          Type        Size    Used   Priority
/dev/mapper/VolGroup00-LogVol01   partition   1048568 0      -1
/dev/hda1                         partition    524120 0      -2
/smallswapfile                    file           4088 0      -3

18.2.4. Описание пространства подкачки в файле /etc/fstab

Если вы хотите использовать созданные пространства подкачки на постоянной основе, не забудьте добавить их описание в файл /etc/fstab. Строки, которые следует добавить в данный файл, должны быть аналогичны приведенным ниже.

/dev/hda1         swap       swap     defaults      0 0
/smallswapfile    swap       swap     defaults      0 0

18.3. Мониторинг использования памяти с помощью утилиты vmstat

Для получения информации об использовании пространства подкачки может использоваться утилита vmstat.

В примере ниже приведен вывод утилиты vmstat с значениями в мегабайтах.

paul@ubu1010:~$ vmstat -S m
procs ---------memory-------- ---swap-- -----io---- -system- ----cpu----
 r  b  swpd  free  buff cache  si   so   bi    bo    in   cs us sy id wa
 0  0    87   225    46  2097   0    0    2     5    14    8  6  5 89  1

В следующем примере приведен вывод утилиты vmstat после исполнения пользователем root (в другом терминале) команды find /. Утилита find выполняет множество операций дискового ввода-вывода (в столбцах bi и bo расположены счетчики прочитанных и записанных блоков диска соответственно). В данных обстоятельствах нет повода для использования пространства подкачки.

paul@ubu1010:~$ vmstat 2 100
procs ----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free  buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
 0  0  84984 1999436 53416 269536   0    0     2     5    2   10  6  5 89  1
 0  0  84984 1999428 53416 269564   0    0     0     0 1713 2748  4  4 92  0
 0  0  84984 1999552 53416 269564   0    0     0     0 1672 1838  4  6 90  0
 0  0  84984 1999552 53424 269560   0    0     0    14 1587 2526  5  7 87  2
 0  0  84984 1999180 53424 269580   0    0     0   100 1748 2193  4  6 91  0
 1  0  84984 1997800 54508 269760   0    0   610     0 1836 3890 17 10 68  4
 1  0  84984 1994620 55040 269748   0    0   250   168 1724 4365 19 17 56  9
 0  1  84984 1978508 55292 269704   0    0   126     0 1957 2897 19 18 58  4
 0  0  84984 1974608 58964 269784   0    0  1826   478 2605 4355  7  7 44 41
 0  2  84984 1971260 62268 269728   0    0  1634   756 2257 3865  7  7 47 39

А в примере ниже представлен вывод утилиты vmstat при исполнении (в дистрибутиве RHEL6) простой программы, повторяющей поведение приложения с утечкой памяти. Теперь вы можете обнаружить большое количество страниц памяти в пространстве подкачки (или "страниц памяти, перемещенных в пространство подкачки").

[paul@rhel6c ~]$ vmstat 2 100

procs ----------memory-------- ---swap-- ----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd free  buff cache   si   so   bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  3 245208 5280   232  1916  261    0    0    42   27   21  0  1 98  1  0
 0  2 263372 4800    72   908 143840  128  0  1138  462  191  2 10  0 88  0
 1  3 350672 4792    56   992 169280  256  0  1092  360  142  1 13  0 86  0
 1  4 449584 4788    56  1024 95880   64   0   606  471  191  2 13  0 85  0
 0  4 471968 4828    56  1140 44832   80   0   390  235   90  2 12  0 87  0
 3  5 505960 4764    56  1136 68008   16   0   538  286  109  1 12  0 87  0

Для симуляции утечки памяти (и принудительного переноса страниц памяти в пространство подкачки) был использован приведенный ниже код. Этот код был найден в энциклопедии Wikipedia, причем имя автора не было указано.

paul@mac:~$ cat memleak.c 
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
     while (malloc(50));
     return 0;
}

18.4. Практическое задание: память

1. Используйте утилиту dmesg для получения информации об общем объеме оперативной памяти вашего компьютера.

2. Используйте утилиту free для вывода информации об использовании памяти с значениями в килобайтах (а после этого в мегабайтах).

3. Работая с операционной системой, запущенной в виртуальной машине, создайте раздел подкачки (для этой цели вам может потребоваться дополнительный виртуальный диск).

4. Добавьте в систему файл подкачки размером в 20 мегабайт.

5. Разместите описания всех созданных пространств подкачки в файле /etc/fstab и активируйте их. Проверьте, монтируются ли они после перезагрузки системы.

6. Используйте утилиту free для проверки использования созданных пространств подкачки.

7 (дополнительное задание). Выведите информацию об использовании созданных пространств подкачки в условиях запуска приложения с утечкой памяти с помощью команд vmstat и free -s.

18.5. Корректная процедура выполнения практического задания: память

1. Используйте утилиту dmesg для получения информации об общем объеме оперативной памяти вашего компьютера.

dmesg | grep Memory

2. Используйте утилиту free для вывода информации об использовании памяти с значениями в килобайтах (а после этого в мегабайтах).

free ; free -m

3. Работая с операционной системой, запущенной в виртуальной машине, создайте раздел подкачки (для этой цели вам может потребоваться дополнительный виртуальный диск).

mkswap /dev/sdd1 ; swapon /dev/sdd1

4. Добавьте в систему файл подкачки размером в 20 мегабайт.

dd if=/dev/zero of=/swapfile20mb bs=1024 count=20000
mkswap /swapfile20mb
swapon /swapfile20mb

5. Разместите описания всех созданных пространств подкачки в файле /etc/fstab и активируйте их. Проверьте, монтируются ли они после перезагрузки системы.

root@computer# tail -2 /etc/fstab
/dev/sdd1     swap swap defaults 0 0
/swapfile20mb swap swap defaults 0 0

6. Используйте утилиту free для проверки использования созданных пространств подкачки.

free -om

7 (дополнительное задание). Выведите информацию об использовании созданных пространств подкачки в условиях запуска приложения с утечкой памяти с помощью команд vmstat и free -s.