内存变低会出现什么疑问 Linux
作者 | cynrikluo
内存不是有限的，总有不够用的时刻，linux内核用三个机制来处置这种状况：内存回收、内存规整、oom-kill。
当发现内存无余时，内核会先尝试内存回收，从一些进程手里拿回一些页；假设这样还是不能满足放开需求，则触发内存规整；再不行，则触发oom被动kill掉一个不太关键的进程，监禁内存。
低内存状况下，内核的处置逻辑
内存放开的外围函数是__alloc_pages_nodemask：
struct page struct page pageunsigned int alloc_flags gfp_t alloc_mask struct alloc_context ac __alloc_pages_nodemask会先尝试调用get_page_from_freelist从同伴系统的freelist里拿闲暇页，假设能拿到就间接前往：
假设拿不到，则进入慢速门路：
__alloc_pages_slowpath，慢速门路，望文生义，就是拿得慢一点，须要做一些操作再拿。
首先，__alloc_pages_slowpath会唤醒kswapd:
kswapd是一个守护进程，专门启动内存回出操作，口头门路：
它被唤醒后，会立1刻开局启动回收，效率高的话，freelist上会立刻多出很多闲暇页。
所以__alloc_pages_slowpath会马上再次尝试从freelist失掉页面，失掉成功则间接前往了。
若还是失败，__alloc_pages_slowpath则会进入direct_reclaim阶段：
direct_reclaim，望文生义，就是间接内存回收，回收到的页不用放回freelist再get_page_from_freelist这么费事了，也不用唤醒某个进程帮助回收，而是由当行进程（current）亲身下场去回收，口头门路：
假设direct_reclaim也回收不过去，__alloc_pages_slowpath还会负隅顽抗下，做一下内存规整，尝试把零散的页辗转腾挪，拼成为大order页（仅在放开order>0的页时有用）。
假设还是不可满足要求，则进入oom-kill了:
总结上方的逻辑：内存放开时，首先尝试间接从freelist里拿；失败了则先唤醒kswapd帮助回收内存；若内存低到让kswapd也心无余而力缺乏，则进入direct reclaim间接回收内存；若direct reclaim也无能为力，则oom：
三条水线
实践上，从freelist上拿页不是便捷地间接拿，而是先审核下该zone能否满足水线要求，不满足那就间接失败。
内核给内存治理划了三条水线：MIN、LOW、HIGH。
三者大小相关从字面即可推断，MIN < LOW < HIGH。
在初次尝试从freelist拿页时，门槛水线是LOW；唤醒kswapd后再次尝试拿页，门槛水线是MIN。
所以实践逻辑如下：
所以，可以便捷地以为，可用内存低于LOW水线时，唤醒kswapd；低于MIN水线时，启动direct reclaim；而HIGH水线，是kswapd的回收终止线：
为什么内存回收时，磁盘IO会被打满？
可以看到，kswapd和direct_reclaim最终都是走到了shrink_node:
shrink_node是内存回收的外围函数，望文生义，让整个node启动一次性“收缩”，把不要的数据清掉，空出闲暇页。
get_scan_count选择本次扫描多少个anon page和file page。
anon page就是Anonymous Page，匿名页，是进程的堆栈、数据段等。内核回收匿名页时，将这些数据启动紧缩（紧缩比大略为3），而后移动到内存中的一个小角落中（swap空间)，这个环节并没有与磁盘出现交互，因此不会发生IO，但须要紧缩数据，所以耗CPU。
file page就是文件页，是进程的代码段、映射的文件。内核回收文件页时，先将“脏”数据回写到磁盘，而后监禁掉这些缓存数据，洁净的数据则间接监禁掉。这个环节触及到写磁盘，因此会发生IO。
便捷总结一下get_scan_count的逻辑：
所以说，不论开没开swap，内存回收都是偏差于回收file page。
假设file page中有脏页，那内存回收大略率就会发生一些IO，无非是IO量多少罢了。
以上状况IO或许会打满或许暴增：
为什么低内存有时会引发hungtask？
低内存时，通常不是一般进程触发了direct reclaim，而是少量进程都在direct reclaim。
大家都要回写脏页，于是IO被打满了。
这时刻，进程会频繁地被IO阻塞，被阻塞的进程为了不占用CPU，会调用io_schedule_timeout或io_schedule来挂起自己，直到IO成功。
这种期待是D形态的，一旦超越了120S，就会触发hungtask。当然，这是十分极其的状况，IO曾经齐全有救的状况。
大局部时刻，IO只管打满了，但是总能周转过去，所以这些进程并不会等太久。
但是，这些进程若是来自同一个业务，则大略率会访问同一个数据，这就须要经过mutex、rwsem、semaphore同等步机制来控制访问行为。
而这些同步机制的基本接口都是uninterruptible性质的，以semaphore为例：
extern struct semaphore sem // 基本接口。失掉信号量，失掉不到则进入uninterruptible睡眠extern int __must_check struct semaphore sem extern int __must_check struct semaphore sem extern int __must_check struct semaphore sem extern int __must_check struct semaphore sem long jiffies 所谓uninterruptible性质，即当进程失掉不到同步资源时，间接进入D形态期待其余进程监禁资源。
其余同步资源，rwsem、mutex等，都有这样的uninterruptible性质接口。
反常状况下，只需持有同步资源的进程反常运转不卡顿，那么即使有上百个进程来争抢这些同步资源，关于排序靠后的进程来说，期间也是够的，普通不会期待超越120s。
但在低内存状况下，大家都在等IO，这些持有资源的进程也不能幸免，引发堵车连锁反响。
假设此时同步资源的waiter们已累计了几十个甚至上百个，那么就算只要一瞬间的io卡顿，排序靠后的waiter也容易期待超越120s，触发hungtask。
一个十分典型的案例，一台CVM在延续报了几条hungtask warning后，彻底无照应了，经过魔术建触发重启。
系统消息如下：
内存状况不容失望，典型的低内存：
log上有很多hungtask warning，超时要素都是等rwsem太长，写者waiter和读者waiter都有：
这些进程在同等一个rwsem，这个rwsem的地址为：ffff880e9703f370
进一步探求，发现对ffff880e9703f370有援用的进程为19个，11个正在读，8个排队。
而这11个正在读的进程，都在做同一件事——direct reclaim，并且都卡在IO期待：
这11个进程，只管也是D形态，但因为时不时能调度到IO，相当于D形态的继续期间不时重置，所以自身并没有触发hungtask。
而这8个waiter进程就没这个喜气了，被前面11个进程你方唱罢我退场地阻塞，继续期间也没无时机重置，最终超越120s，引发hungtask了。
提升低内存处置
咱们曾经知道了低内存会造成IO突增，甚至造成hungtask，那要如何防止呢？
可以从两方面来防止。
(1) 调整脏页回刷频率
将往常的脏页回刷频率调高，这样内存回收时，须要回收的脏页就更少，降落IO的增量。
调高水线，可以更早地进入内存回收逻辑，这样可以将free维持在一个较高水平，防止堕入极其场景。因为low和min同时受min_free_kbytes管控，所以可以间接调整min_free_kbytes值。
调高/proc/sys/vm/min_free_kbytes
