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如何通过阅读源代码了解 vmstat 中的指标(如何通过阅读源进行阅读)

vmstat -a 命令能看到 active memory 和 inactive memory,但是它们是什么意思呢?

$ vmstat-a 

procs -----------memory-------------swap-------io-----system--------cpu-----

r b swpd free inact active si so bi bo in cs us sy id wa st

1013809631956013724081757848002323109900

它们的含义在 manpage 中只给了简单的说明,并未详细解释:

inact: the amount of inactive memory. (-a option)
active: the amount of active memory. (-a option)

在此我们试图准确理解它的含义。通过阅读 vmstat 的源代码 (vmstat.c 和 proc/sysinfo.c)得知,vmstat 命令是直接从 /proc/meminfo 中获取的数据:

$ grep-i act /proc/meminfo

Active:1767928 kB

Inactive:1373760 kB

而/proc/meminfo 的数据是在以下内核函数中生成的:

fs/proc/meminfo.c:

==================

0023staticint meminfo_proc_show(struct seq_file *m,void*v)

0024{

...

0032unsignedlong pages[NR_LRU_LISTS];

...

0051for(lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)

0052 pages[lru]= global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);

...

0095"Active: %8lu kB\n"

0096"Inactive: %8lu kB\n"

0097"Active(anon): %8lu kB\n"

0098"Inactive(anon): %8lu kB\n"

0099"Active(file): %8lu kB\n"

0100"Inactive(file): %8lu kB\n"

...

0148 K(pages[LRU_ACTIVE_ANON]+ pages[LRU_ACTIVE_FILE]),

0149 K(pages[LRU_INACTIVE_ANON]+ pages[LRU_INACTIVE_FILE]),

0150 K(pages[LRU_ACTIVE_ANON]),

0151 K(pages[LRU_INACTIVE_ANON]),

0152 K(pages[LRU_ACTIVE_FILE]),

0153 K(pages[LRU_INACTIVE_FILE]),

这段代码的意思是统计所有的 LRU list,其中 Active Memory 等于 ACTIVE_ANON 与 ACTIVE_FILE 之和,Inactive Memory 等于 INACTIVE_ANON 与 INACTIVE_FILE 之和。

LRU list 是 Linux 内核的内存页面回收算法(Page Frame Reclaiming Algorithm)所使用的数据结构,LRU 是 Least Recently Used 的缩写词。这个算法的核心思想是:回收的页面应该是最近使用得最少的

为了实现这个目标,最理想的情况是每个页面都有一个年龄项,用于记录最近一次访问页面的时间,可惜 x86 CPU 硬件并不支持这个特性,x86 CPU 只能做到在访问页面时设置一个标志位 Access Bit,无法记录时间。

所以 Linux 内核使用了一个折衷的方法:它采用了 LRU list 列表,把刚访问过的页面放在列首,越接近列尾的就是越长时间未访问过的页面,这样,虽然不能记录访问时间,但利用页面在 LRU list 中的相对位置也可以轻松找到年龄最长的页面。

Linux 内核设计了两种 LRU list: active list 和 inactive list, 刚访问过的页面放进 active list,长时间未访问过的页面放进 inactive list,这样从 inactive list 回收页面就变得简单了。内核线程 kswapd 会周期性地把 active list 中符合条件的页面移到 inactive list 中,这项转移工作是由 refill_inactive_zone() 完成的。这段代码的意思是统计所有的 LRU list,其中Active Memory 等于 ACTIVE_ANON 与 ACTIVE_FILE 之和,Inactive Memory 等于 INACTIVE_ANON 与 INACTIVE_FILE 之和。

LRU list 示意图

LRU_list

vmstat 看到的 active/inactive memory 就分别是 active list 和 inactive list 中的内存大小。如果 inactive list 很大,表明在必要时可以回收的页面很多;而如果 inactive list 很小,说明可以回收的页面不多。

Active/inactive memory 是针对用户进程所占用的内存而言的,内核占用的内存(包括 slab)不在其中。

至于在源代码中看到的 ACTIVE_ANON 和 ACTIVE_FILE,分别表示 anonymous pages 和 mapped pages。用户进程的内存页分为两种:与文件关联的内存(比如程序文件、数据文件所对应的内存页)和与文件无关的内存(比如进程的堆栈,用 malloc 申请的内存),前者称为 file pages 或 mapped pages,后者称为 anonymous pages。file pages 在发生换页(page-in 或 page-out)时,是从它对应的文件读入或写出;anonymous pages 在发生换页时,是对交换区进行读/写操作。

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