基本概念

内存是计算机的重要组成部件，用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬件等外部存储器交换的数据。特别地，非统一内存访问架构（non-uniform memory access，简称NUMA）是一种为多处理器的电脑设计的内存架构，内存访问时间取决于内存相对于处理器的位置。在NUMA下，处理器访问本地内存的速度比非本地内存速度（内存位于另一个处理器，或者是处理器之间共享的内存）快。

常用内存分析工具/方式

• free
  free命令用于查看系统的内存使用情况，它可以显示系统当前的空闲内存、已使用内存、缓冲区占用的内存和交换分区的内存使用情况等。
  free命令的用法非常简单，直接在终端输入free -h命令即可：

  

  输出的信息中包含了以下几个部分：

  • total：系统总共的物理内存大小；
  • used：已使用的物理内存大小；
  • free：空闲的物理内存大小；
  • shared：被共享使用的内存大小；
  • buffers：缓冲区占用的内存大小；
  • cached：页面缓存占用的内存大小；
  • buffers/cache：这一部分表示实际使用的内存情况，分别显示已使用的内存大小和空闲的内存大小；
  • swap：交换分区的情况，包括总大小、已使用的大小和剩余的大小。
  • 通过free命令可以方便地了解系统的内存使用情况，对于系统调优和问题排查都非常有帮助。

• vmstat -a
  vmstat命令可以用于显示系统的虚拟内存统计信息，包括内存使用情况、CPU使用情况、进程、I/O等信息。使用vmstat -a命令可以输出更加详细的虚拟内存统计信息。 具体来说，vmstat -a命令可以显示以下信息：

  • procs：正在运行、等待运行或者被阻塞的进程数；
  • memory：内存使用情况，包括物理内存、虚拟内存和交换分区的使用情况；
  • io：I/O操作的数量和延迟情况；
  • system：系统调用和上下文切换的数量；
  • cpu：CPU使用情况，包括用户、系统、等待和空闲时间的百分比；
  • swap：交换分区使用情况。

执行命令vmstat -a后，将会输出类似下面的信息：

其中，r表示正在运行的进程数，b表示等待运行的进程数。swpd表示使用的虚拟内存大小，free表示空闲的物理内存大小，buff`表示系统缓冲区占用的内存大小，cache表示页缓存占用的内存大小。si和so分别表示从磁盘读取和写入虚拟内存的数据量。bi和bo分别表示从磁盘读取和写入的块数。in表示每秒钟中断的数量，cs表示每秒钟上下文切换的数量。us、sy、id、wa和st分别表示用户态CPU占用、内核态CPU占用、空闲CPU时间、等待IO的CPU时间和被虚拟化器占用的CPU时间百分比。

• sar
  使用sar命令可以统计和分析内存使用情况。常用的选项包括：

  • r：显示内存使用统计信息；
  • B：显示内存分页统计信息。

  以下是一些常用的sar命令示例：

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  1#  sar -r 2 3

  

  每行输出的各字段的含义如下：

  • kbmemfree：空闲内存量，单位为KB；
  • kbavail：可用内存量，单位为KB；
  • kbmemused：已使用的内存量，单位为KB-- %memused：内存使用率；
  • kbbuffers：缓冲区使用量，单位为KB；
  • kbcached：缓存使用量，单位为KB；
  • kbcommit：提交内存，，单位为KB；
  • %commit：提交内存使用率；
  • kbactive：活跃内存量，单位为KB；
  • kbinact：非活跃内存量，单位为KB；
  • kbdirty：脏页数量，单位为KB。

在上述示例中，每次输出的时间间隔为2秒，一共输出了3次。可以通过修改命令中的数字参数来调整输出的时间间隔和次数。

• cat /proc/meminfo
  /proc/meminfo文件包含了系统内存使用情况的详细信息，可以通过读取该文件来获取系统内存的相关信息。以下是一些常用的内存相关信息：

  • MemTotal：系统总内存大小，单位为KB；
  • MemFree：系统空闲内存大小，单位为KB；
  • MemAvailable：系统可用内存大小，单位为KB；
  • Buffers：缓冲区使用大小，单位为KB；
  • Cached：缓存使用大小，单位为KB；
  • Active：活跃内存大小，单位为KB；
  • Inactive：非活跃内存大小，单位为KB；
  • SwapTotal：Swap区总大小，单位为KB；
  • SwapFree：Swap区空闲大小，单位为KB。

• cat /proc/slabinfo
  /proc/slabinfo文件包含了系统中各种slab缓存的详细信息，可以通过读取该文件来获取系统中各种slab缓存的大小和使用情况。以下是/proc/slabinfo文件中一些常用的字段：

  • name：slab缓存的名称；
  • active_objs：slab缓存中当前正在使用的对象数量；
  • num_objs：slab缓存中总共分配的对象数量；
  • objsize：slab缓存中每个对象的大小；
  • objperslab：每个slab中可以分配的对象数量；
  • pagesperslab：每个slab所占用的页数；
  • slabs：slab缓存中当前已经分配的slab数量；
  • active_slabs：slab缓存中当前正在使用的slab数量；
  • limit_slabs：slab缓存中可以分配的最大slab数量；
  • cache_order：slab缓存所占用的页数的次幂，即2的几次幂；
  • color：slab缓存所使用的颜色计算方法。

• cat /proc/vmallocinfo

/proc/vmallocinfo展示了内核中已经分配的虚拟内存区域的信息，包括了分配的起始地址、大小、使用情况等等。可以通过以下命令查看/proc/vmallocinfo文件的内容：

• perf

使用工具可以对alloc_page函数的调用进行分析，以了解系统内存分配的性能和瓶颈。具体步骤如下：

1. 启用内核符号：为了让perf工具能够正确分析alloc_page函数，需要启用内核符号。可以在/etc/sysctl.conf文件中添加以下几行：

1#  kernel.kptr_restrict = 0
2#  kernel.perf_event_paranoid = -1

然后执行sudo sysctl -p命令使修改生效。

2. 执行如下命令：

1#  perf record -g -e 'kmem:*' -a -- sleep 10
2#  perf report