Linux性能監測：內存篇
這里的講到的 “內存” 包括物理內存和虛擬內存，虛擬內存（Virtual Memory）把計算機的內存空間擴展到硬盤，物理內存（RAM）和硬盤的一部分空間（SWAP）組合在一起作為虛擬內存為計算機提供了一個連貫的虛擬內存空間，好處是我們擁有的內存 ”變多了“，可以運行更多、更大的程序，壞處是把部分硬盤當內存用整體性能受到影響，硬盤讀寫速度要比內存慢幾個數量級，并且 RAM 和 SWAP 之間的交換增加了系統的負擔。
在操作系統里，虛擬內存被分成頁，在 x86 系統上每個頁大小是 4KB。Linux 內核讀寫虛擬內存是以 “頁” 為單位操作的，把內存轉移到硬盤交換空間（SWAP）和從交換空間讀取到內存的時候都是按頁來讀寫的。內存和 SWAP 的這種交換過程稱為頁面交換（Paging），值得注意的是 paging 和 swapping 是兩個完全不同的概念，國內很多參考書把這兩個概念混為一談，swapping 也翻譯成交換，在操作系統里是指把某程序完全交換到硬盤以騰出內存給新程序使用，和 paging 只交換程序的部分（頁面）是兩個不同的概念。純粹的 swapping 在現代操作系統中已經很難看到了，因為把整個程序交換到硬盤的辦法既耗時又費力而且沒必要，現代操作系統基本都是 paging 或者 paging/swapping 混合，swapping 最初是在 Unix system V 上實現的。
虛擬內存管理是 Linux 內核里面最復雜的部分，要弄懂這部分內容可能需要一整本書的講解。VPSee 在這里只介紹和性能監測有關的兩個內核進程：kswapd 和 pdflush。
- kswapd daemon 用來檢查 pages_high 和 pages_low，如果可用內存少于 pages_low，kswapd 就開始掃描并試圖釋放 32個頁面，并且重復掃描釋放的過程直到可用內存大于 pages_high 為止。掃描的時候檢查3件事：1）如果頁面沒有修改，把頁放到可用內存列表里；2）如果頁面被文件系統修改，把頁面內容寫到磁盤上；3）如果頁面被修改了，但不是被文件系統修改的，把頁面寫到交換空間。
- pdflush daemon 用來同步文件相關的內存頁面，把內存頁面及時同步到硬盤上。比如打開一個文件，文件被導入到內存里，對文件做了修改后并保存后，內核并不馬上保存文件到硬盤，由 pdflush 決定什么時候把相應頁面寫入硬盤，這由一個內核參數 vm.dirty_background_ratio 來控制，比如下面的參數顯示臟頁面（dirty pages）達到所有內存頁面10％的時候開始寫入硬盤。
# /sbin/sysctl -n vm.dirty_background_ratio 10
vmstat
繼續 vmstat 一些參數的介紹，上一篇 Linux 性能監測：CPU 介紹了 vmstat 的部分參數，這里介紹另外一部分。以下數據來自 VPSee 的一個 256MB RAM，512MB SWAP 的 Xen VPS：
# 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 0 3 252696 2432 268 7148 3604 2368 3608 2372 288 288 0 0 21 78 1 0 2 253484 2216 228 7104 5368 2976 5372 3036 930 519 0 0 0 100 0 0 1 259252 2616 128 6148 19784 18712 19784 18712 3821 1853 0 1 3 95 1 1 2 260008 2188 144 6824 11824 2584 12664 2584 1347 1174 14 0 0 86 0 2 1 262140 2964 128 5852 24912 17304 24952 17304 4737 2341 86 10 0 0 4
- swpd，已使用的 SWAP 空間大小，KB 為單位；
- free，可用的物理內存大小，KB 為單位；
- buff，物理內存用來緩存讀寫操作的 buffer 大小，KB 為單位；
- cache，物理內存用來緩存進程地址空間的 cache 大小，KB 為單位；
- si，數據從 SWAP 讀取到 RAM（swap in）的大小，KB 為單位；
- so，數據從 RAM 寫到 SWAP（swap out）的大小，KB 為單位；
- bi，磁盤塊從文件系統或 SWAP 讀取到 RAM（blocks in）的大小，block 為單位；
- bo，磁盤塊從 RAM 寫到文件系統或 SWAP（blocks out）的大小，block 為單位；
上面是一個頻繁讀寫交換區的例子，可以觀察到以下幾點：
- 物理可用內存 free 基本沒什么顯著變化，swapd 逐步增加，說明最小可用的內存始終保持在 256MB X 10％ = 2.56MB 左右，當臟頁達到10％的時候（vm.dirty_background_ratio ＝ 10）就開始大量使用 swap；
- buff 穩步減少說明系統知道內存不夠了，kwapd 正在從 buff 那里借用部分內存；
- kswapd 持續把臟頁面寫到 swap 交換區（so），并且從 swapd 逐漸增加看出確實如此。根據上面講的 kswapd 掃描時檢查的三件事，如果頁面被修改了，但不是被文件系統修改的，把頁面寫到 swap，所以這里 swapd 持續增加。
原文：http://www.vpsee.com/2009/11/linux-system-performance-monitoring-memory/
系列導航：
- Linux性能監測：監測目的與工具介紹
- Linux性能監測：CPU篇
- Linux性能監測：內存篇
- Linux性能監測：磁盤IO篇
- Linux性能監測：網絡篇
