记一次内存占用问题的调查过程

　　最近在维护一台CentOS服务器的时候，发现内存无端"损失"了许多，free和ps统计的结果相差十几个G，搞的我一度又以为遇到灵异事件了，后来Google了许久才搞明白，特此记录一下，以供日后查询。
　　虽然天天都在用Linux系统办公，其实对它的了解也不过尔尔。毕业几年才迈入"知道自己不知道"的境界，我觉得自己丝毫没有愧对万年吊车尾这个称号 :(
　　同事说有一台服务器的内存用光了，我连上去用free看了下，确实有点怪。

$ free -g
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:            15         15          0          0          2          0
-/+ buffers/cache:         12          2
Swap:           17          0         17

　　这台服务器有16G内存，但是结果显示除了2G左右的文件Buffer缓存外，其余十几G都被确确实实的用光了。(free按1024进制计算，总内存可能比实际偏小)
　　这里大概介绍下free结果的含义:

　　然后top看了下，没有特别吃内存的程序。用ps大概统计下所有程序占用的总内存:

$ ps aux | awk '{mem += $6} END {print mem/1024/1024}'
0.595089

　　结果显示所有进程占用的内存还不到1G，实际上，因为free, ps的统计方式的差别和Copy-on-write和Shared libraries等内存优化机制的存在，这两者的统计结果通常是不一样的。但是一般情况下**不会相差十几个G，肯定是有什么隐藏的问题，Google了许久后发现，free没有专门统计另一项缓存: Slab。
　　Slab Allocation是Linux 2.2之后引入的一个内存管理机制，专门用于缓存内核的数据对象，可以理解为一个内核专用的对象池，可以提高系统性能并减少内存碎片。(Linux 2.6.23之后，SLUB成为了默认的allocator。)
　　查看Slab缓存

$ cat /proc/meminfo

其中，Slab相关的数据为

Slab:             154212 kB
SReclaimable:      87980 kB
SUnreclaim:        66232 kB

SReclaimable(Linux 2.6.19+)都是clean的缓存，随时可以释放。回到之前的内存问题，我查了下那台服务器上Slab占用的内存：

$ cat /proc/meminfo | grep Slab
Slab:         12777668 kB

　　12G的Slab缓存，有意思的是free把Slab缓存统计到了used memory中，这就是之前那个问题的症结所在了。
　　另外，还可以查看/proc/slabinfo(或使用slabtop命令)来查看Slab缓存的具体使用情况。结果发现，ext3_inode_cache和dentry_cache占用了绝大部分内存。
　　考虑到这台服务器会频繁地用rsync同步大量的文件，这个结果也并不意外。
　　先说明一下，如果问题仅仅是Slab占用了太多的内存(SReclaimable)，那么通常不需要太操心，因为这根本不是个问题(如果是 SUnreclaim太多且不断增长，那么很有可能是内核有bug)。但是，如果是因为Slab占用内存太多而引起了其他的问题，建议继续阅读。
　　清除Slab可回收缓存
　　通过/proc/sys/vm/drop_caches这个配置项，我们可以手动清除指定的可回收缓存(SReclaimable)2。

echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches

　　上面的命令会主动释放Slab中clean的缓存(包括inode和dentry的缓存)，然后再free -g一下，未使用的内存陡增了十几个G。。。
　　需要注意的是，手动清除缓存可能会在一段时间内降低系统性能。原则上不推荐这么做，因为如果有需要，系统会自动释放出内存供其他程序使用。
　　另外，手动清除Slab缓存是一个治标不治本的办法。因为问题不在Slab，而在于我们那个会引起Slab缓存飙涨的进程(我这里应该是 rsync)。实际操作的时候发现，清除缓存一段时间后，Slab缓存很快又会“反弹”回去。如果需要治本，要么搞定问题进程，要么修改系统配置。
　　调整系统vm配置
　　风险预警: 调整以下系统配置可能会对系统性能造成负面影响，请仔细测试并谨慎操作。
　　/etc/sysctl.conf里有几个对内存管理影响比较大的配置，以下配置项的文档见vm.txt。
　　vm.vfs_cache_pressure
　　系统在进行内存回收时，会先回收page cache, inode cache, dentry cache和swap cache。vfs_cache_pressure越大，每次回收时，inode cache和dentry cache所占比例越大3。
　　vfs_cache_pressure默认是100，值越大inode cache和dentry cache的回收速度会越快，越小则回收越慢，为0的时候完全不回收(OOM!)。

　　图片取自The Linux Kernel's VFS Layer
　　vm.min_free_kbytes
　　系统的"保留内存"的大小，"保留内存"用于低内存状态下的"atomic memory allocation requests"(eg. kmalloc + GFP_ATOMIC)，该参数也被用于计算开始内存回收的阀值，默认在开机的时候根据当前的内存计算所得，越大则表示系统会越早开始内存回收。
　　min_free_kbytes过大可能会导致OOM，太小可能会导致系统出现死锁等问题。
　　vm.swappiness
　　该配置用于控制系统将内存swap out到交换空间的积极性，取值范围是[0, 100]。swappiness越大，系统的交换积极性越高，默认是60，如果为0则不会进行交换。
　　man proc
　　The Linux Kernel's VFS Layer
　　The VFS in Linux Kernel V2.4
　　openSUSE: System Analysis and Tuning Guide, Chapter 15. Tuning the Memory Management Subsystem
　　Red Hat Enterprise Linux, 5.5 Tuning Virtual Memory
　　Odd behavior
　　Wikipedia:Slab allocation
　　Linux System IO Monitoring
　　Paging
　　Understanding the Linux Virtual Memory Manager
　　Understanding the Linux Kernel, 3rd Edition
　　1 2
　　Red Hat Enterprise Linux，5.1 Checking the Memory Usage，引用于2014-12-12。
　　Linux kernel documentation, sysctl#vm，引用于2014-12-12。
　　@TODO: 需要查看相关内核代码来确认，不过看vm.txt里的描述应该是这个意思。