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Linux内存控制之overcommit
11月 21 2019|

Linux内存控制之overcommit

接触kubernetes两年有余,从18年初加入kubernetes社区来算,已经一年半,或许是时候写点什么。简单文章如何写好,难点文章如何写透,或许是一种学问,打算推一个系列:《Kubernetes GO》算是对这两年的一个总结。

kubelet组件涉及内存分配相关概念,在此先作学习铺垫。


1、介绍

Memory Overcommit的意思是操作系统承诺给进程的内存大小超过了实际可用的内存。一个保守的操作系统不会允许memory overcommit,有多少就分配多少,再申请就没有了,这其实有些浪费内存,因为进程实际使用到的内存往往比申请的内存要少,比如某个进程malloc()了200MB内存,但实际上只用到了100MB,按照UNIX/Linux的算法,物理内存页的分配发生在使用的瞬间,而不是在申请的瞬间,也就是说未用到的100MB内存根本就没有分配,这100MB内存就闲置了。下面这个概念很重要,是理解memory overcommit的关键:commit(或overcommit)针对的是内存申请,内存申请不等于内存分配,内存只在实际用到的时候才分配。

Linux是允许memory overcommit的,只要你来申请内存我就给你,寄希望于进程实际上用不到那么多内存,但万一用到那么多了呢?那就会发生类似“银行挤兑”的危机,现金(内存)不足了。Linux设计了一个OOM killer机制(OOM = out-of-memory)来处理这种危机:挑选一个进程出来杀死,以腾出部分内存,如果还不够就继续杀…也可通过设置内核参数 vm.panic_on_oom 使得发生OOM时自动重启系统。这都是有风险的机制,重启有可能造成业务中断,杀死进程也有可能导致业务中断,我自己的这个小网站就碰到过这种问题,参见前文。所以Linux 2.6之后允许通过内核参数 vm.overcommit_memory 禁止memory overcommit。

内核参数 vm.overcommit_memory 接受三种取值:

  • Heuristic overcommit handling. 这是缺省值,它允许overcommit,但过于明目张胆的overcommit会被拒绝,比如malloc一次性申请的内存大小就超过了系统总内存。Heuristic的意思是“试探式的”,内核利用某种算法(对该算法的详细解释请看文末)猜测你的内存申请是否合理,它认为不合理就会拒绝overcommit。
  • Always overcommit. 允许overcommit,对内存申请来者不拒。
  • Don’t overcommit. 禁止overcommit。

关于禁止overcommit (vm.overcommit_memory=2) ,需要知道的是,怎样才算是overcommit呢?kernel设有一个阈值,申请的内存总数超过这个阈值就算overcommit,在/proc/meminfo中可以看到这个阈值的大小:

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# grep -i commit /proc/meminfo
CommitLimit: 5967744 kB
Committed_AS: 5363236 kB

CommitLimit 就是overcommit的阈值,申请的内存总数超过CommitLimit的话就算是overcommit。
这个阈值是如何计算出来的呢?它既不是物理内存的大小,也不是free memory的大小,它是通过内核参数vm.overcommit_ratio或vm.overcommit_kbytes间接设置的,公式如下:
CommitLimit = (Physical RAM * vm.overcommit_ratio / 100) + Swap

vm.overcommit_ratio 是内核参数,缺省值是50,表示物理内存的50%。如果你不想使用比率,也可以直接指定内存的字节数大小,通过另一个内核参数 vm.overcommit_kbytes 即可;
如果使用了huge pages,那么需要从物理内存中减去,公式变成:
CommitLimit = ([total RAM] – [total huge TLB RAM]) * vm.overcommit_ratio / 100 + swap
参见链接

/proc/meminfo中的 Committed_AS 表示所有进程已经申请的内存总大小,(注意是已经申请的,不是已经分配的),如果 Committed_AS 超过 CommitLimit 就表示发生了 overcommit,超出越多表示 overcommit 越严重。Committed_AS 的含义换一种说法就是,如果要绝对保证不发生OOM (out of memory) 需要多少物理内存。

“sar -r”是查看内存使用状况的常用工具,它的输出结果中有两个与overcommit有关,kbcommit 和 %commit:
kbcommit对应/proc/meminfo中的 Committed_AS;
%commit的计算公式并没有采用 CommitLimit作分母,而是Committed_AS/(MemTotal+SwapTotal),意思是内存申请物理内存与交换区之和的百分比。

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$ sar -r
05:00:01 PM kbmemfree kbmemused %memused kbbuffers kbcached kbcommit %commit kbactive kbinact kbdirty
05:10:01 PM 160576 3648460 95.78 0 1846212 4939368 62.74 1390292 1854880

2、Heuristic overcommit算法

内核参数 vm.overcommit_memory 的值0,1,2,其中heuristic overcommit对应的是OVERCOMMIT_GUESS:

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#define OVERCOMMIT_GUESS                0
#define OVERCOMMIT_ALWAYS 1
#define OVERCOMMIT_NEVER 2

Heuristic overcommit算法在以下函数中实现,基本上可以这么理解:
单次申请的内存大小不能超过 【free memory + free swap + pagecache的大小 + SLAB中可回收的部分】,否则本次申请就会失败。


后续

该文为kubelet相关内容的铺垫,涉及到kubelet对于oom killer的使用。


参考资料

zouyee wechat

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