理解LINUX的MEMORY OVERCOMMIT【转】

转自：http://linuxperf.com/?p=102

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：

• 0 – 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。
• 1 – Always overcommit. 允许overcommit，对内存申请来者不拒。
• 2 – 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】

注：
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https://access.redhat.com/solutions/665023

/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_占_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         4

 

附：对Heuristic overcommit算法的解释

内核参数 vm.overcommit_memory 的值0，1，2对应的源代码如下，其中heuristic overcommit对应的是OVERCOMMIT_GUESS：

 

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源文件：source/include/linux/mman.h   #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。

 

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源文件：source/mm/mmap.c 以RHEL内核2.6.32-642为例   0120 /* 0121  * Check that a process has enough memory to allocate a new virtual 0122  * mapping. 0 means there is enough memory for the allocation to 0123  * succeed and -ENOMEM implies there is not. 0124  * 0125  * We currently support three overcommit policies, which are set via the 0126  * vm.overcommit_memory sysctl.  See Documentation/vm/overcommit-accounting 0127  * 0128  * Strict overcommit modes added 2002 Feb 26 by Alan Cox. 0129  * Additional code 2002 Jul 20 by Robert Love. 0130  * 0131  * cap_sys_admin is 1 if the process has admin privileges, 0 otherwise. 0132  * 0133  * Note this is a helper function intended to be used by LSMs which 0134  * wish to use this logic. 0135  */ 0136 int __vm_enough_memory(struct mm_struct *mm, long pages, int cap_sys_admin) 0137 { 0138         unsigned long free, allowed; 0139 0140         vm_acct_memory(pages); 0141 0142         /* 0143          * Sometimes we want to use more memory than we have 0144          */ 0145         if (sysctl_overcommit_memory == OVERCOMMIT_ALWAYS) 0146                 return 0; 0147 0148         if (sysctl_overcommit_memory == OVERCOMMIT_GUESS) { //Heuristic overcommit算法开始 0149                 unsigned long n; 0150 0151                 free = global_page_state(NR_FILE_PAGES); //pagecache汇总的页面数量 0152                 free += get_nr_swap_pages(); //free swap的页面数 0153 0154                 /* 0155                  * Any slabs which are created with the 0156                  * SLAB_RECLAIM_ACCOUNT flag claim to have contents 0157                  * which are reclaimable, under pressure.  The dentry 0158                  * cache and most inode caches should fall into this 0159                  */ 0160                 free += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE); //SLAB可回收的页面数 0161 0162                 /* 0163                  * Reserve some for root 0164                  */ 0165                 if (!cap_sys_admin) 0166                         free -= sysctl_admin_reserve_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10); //给root用户保留的页面数 0167 0168                 if (free > pages) 0169                         return 0; 0170 0171                 /* 0172                  * nr_free_pages() is very expensive on large systems, 0173                  * only call if we're about to fail. 0174                  */ 0175                 n = nr_free_pages(); //当前free memory页面数 0176 0177                 /* 0178                  * Leave reserved pages. The pages are not for anonymous pages. 0179                  */ 0180                 if (n <= totalreserve_pages) 0181                         goto error; 0182                 else 0183                         n -= totalreserve_pages; 0184 0185                 /* 0186                  * Leave the last 3% for root 0187                  */ 0188                 if (!cap_sys_admin) 0189                         n -= n / 32; 0190                 free += n; 0191 0192                 if (free > pages) 0193                         return 0; 0194 0195                 goto error; 0196         } 0197 0198         allowed = vm_commit_limit(); 0199         /* 0200          * Reserve some for root 0201          */ 0202         if (!cap_sys_admin) 0203                 allowed -= sysctl_admin_reserve_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10); 0204 0205         /* Don't let a single process grow too big: 0206            leave 3% of the size of this process for other processes */ 0207         if (mm) 0208                 allowed -= mm->total_vm / 32; 0209 0210         if (percpu_counter_read_positive(&vm_committed_as) < allowed) 0211                 return 0; 0212 error: 0213         vm_unacct_memory(pages); 0214 0215         return -ENOMEM; 0216 }

 

参考：
https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/overcommit-accounting
https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-9.html
https://www.kernel.org/doc/Documentation/sysctl/vm.txt
http://lwn.net/Articles/28345/