值得收藏的查询进程占用内存情况方法汇总

• 2020 年 2 月 14 日
• 笔记

| 作者：杨一迪，腾讯云数据库后台开发工程师，主要负责腾讯云PostgreSQL、CynosDB等产品后台开发工作。

现网运维过程中，常有用户咨询实例的内存使用情况，故而和大家一起分享我对于内存占用情况的理解，共同进步。

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简述

查看进程占用内存情况的方式比较多，包括top命令、/proc/${pid}/smaps文件统计、cgroup统计等。但不同方式的查询结果具体代表什么含义，这里通过一个测试程序，简单验证下这三种查询方式如何反映进程的内存使用情况。想看结论的直接看文末的总结。本文有任何错误，欢迎在留言区讨论指导。

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测试程序

为了验证进程的私有内存、共享内存使用情况，写了个简单的http server，主要代码如下。

1. 申请私有内存

申请一个指定大小的数组，其中g_str为全局变量，不会在接口返回时销毁。

func expandGlobalVar(writer http.ResponseWriter, request *http.Request) {    type Request struct {        Length    int    }    data, err := ioutil.ReadAll(request.Body)    if err != nil {        log.Printf("ioutil.ReadAll failed. err: %v", err)        writer.Write([]byte("io failed"))        return    }    req := &Request{}    json.Unmarshal(data, req)    g_str = make([]byte, req.Length)    for i:=0;i<req.Length;i++{        g_str[i]='a'    }    curLength, curCap := len(g_str), cap(g_str)    writer.Write([]byte(fmt.Sprintf("req length: %d, length: %d, cap: %d", req.Length, curLength, curCap)))    return}

2. 挂载共享内存文件

仅挂载共享内存文件，还未读取共享内存，此时并没有申请共享内存。

func mmapAttach(writer http.ResponseWriter, request *http.Request) {    data, err := ioutil.ReadAll(request.Body)    if err != nil {        log.Printf("ioutil.ReadAll failed. err: %v", err)        writer.Write([]byte("io failed"))        return    }    type Request struct {        Filename    string    }    req := &Request{}    json.Unmarshal(data, req)    mmapsFile, err = mmap.Open(req.Filename)    if err != nil {        writer.Write([]byte(err.Error()))    }    return}

3. 读取共享内存

读取指定长度的共享内存文件，此时会申请共享内存。

func mmapRead(writer http.ResponseWriter, request *http.Request) {    data, err := ioutil.ReadAll(request.Body)    if err != nil {        log.Printf("ioutil.ReadAll failed. err: %v", err)        writer.Write([]byte("io failed"))        return    }    type Request struct {        Start    int64        Length    int64    }    req := &Request{}    json.Unmarshal(data, req)      buf := make([]byte, req.Length)    length, err := mmapsFile.ReadAt(buf, req.Start)    if err != nil {        log.Printf("readat error. err: ", err)        writer.Write([]byte("readat error"))        return    }    log.Printf("length: %d", length)    return}

4. 测试步骤

1）启动2个http server

~/code/httpMock/bin/httpMock -p 1001 &~/code/httpMock/bin/httpMock -p 1002 &

2）分别申请50M的私有内存

curl -d '{"Length":50000000}' http://127.0.0.1:1001/expandGlobalVarcurl -d '{"Length":50000000}' http://127.0.0.1:1002/expandGlobalVar

3）分别申请100M、200M的共享内存，其中有100M由进程共享

curl -d '{"Filename":"/root/code/httpMock/mmap_files/log"}' http://127.0.0.1:1001/mmapAttachcurl -d '{"Filename":"/root/code/httpMock/mmap_files/log"}' http://127.0.0.1:1002/mmapAttachcurl -d '{"Start": 0, "Length":100000000}' http://127.0.0.1:1001/mmapReadcurl -d '{"Start": 0, "Length":200000000}' http://127.0.0.1:1002/mmapRead

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测试结果

1. /proc/${pid}/smaps

smaps文件记录了进程中各个内存段的使用情况，按照上述测试步骤，可观察到smaps中的内存变化情况如下：

1）启动http server后，Rss占用3M左右

2）申请50M的私有内存后，可以看到私有内存所在的内存段，Rss/Pss分别占用50M左右

3）分别申请100M、200M的共享内存，其中有100M由进程共享。申请后私有内存段扩充到100M，Rss增加量=私有内存增加量+共享内存增加量，Pss=私有内存+共享内存/共享进程数。

结论：smaps中记录了进程的各个内存段，其中Rss=私有内存+共享内存，Pss=私有内存+共享内存/共享进程数，Rss中的共享内存会被重复计算。

2. top命令

top命令返回了物理内存和共享内存的使用情况，按上述测试步骤，可观察到top命令结果变化如下：

1）启动2个http server后，RES私有内存占用3M左右，与smaps的RSS一致：

2）分别申请50M的私有内存，RES扩充到50M左右：

3）分别申请100M、200M的共享内存后，RES与smaps中的Rss类似，扩充了150M和250M左右，SHR扩充了100M和200M：

结论：top命令结果中，RES代表私有内存+共享内存，SHR代表共享内存，单位都为KB。top命令的RES与smaps中的RSS基本一致

3. cgroup memory子系统

cgroup memory子系统中，memory.usage_in_bytes记录了cgroup组中的进程的内存使用情况，memory.stat记录了各类内存的详细使用情况，按上述测试步骤，可观察到cgroup统计结果变化如下：

1）在同一cgroup组中启动http server，注意需要通过cgexec启动，保证进程启动时就在cgroup组中。启动后rss为2M左右，等于(3M-2M)2，即私有内存量进程数，与top命令、smaps计算的私有内存量基本一致：

cgdelete memory:httpMockcgcreate -g memroy:httpMockcgexec -g memory:httpMock ~/code/httpMock/bin/httpMock -p 1001 &cgexec -g memory:httpMock ~/code/httpMock/bin/httpMock -p 1002 &

2）分别申请50M的私有内存后，两进程共扩充100M左右：

3）分别申请100M、200M的共享内存后，内存使用量与top命令和smaps中统计的私有内存用量基本一致：

结论：cgroup中的memory.usage_in_bytes和memory.stat的rss字段，统计的是进程的私有内存

4. cgroup的内存限制与page cache

当系统读取文件时，会在系统缓存中缓存文件内容，以减少硬盘IO。这部分内存缓存，会统计到cgroup.stat中的cache字段。而在多个cgroup组都有读取相同文件时，这部分缓存只会统计到第一个读该文件的cgroup组中。经过验证，这部分缓存不会触发oom，在缓存+内存占用达到内存限制时，会回收系统缓存。验证过程如下：

1）启动http server后，加载共享文件并读取，可看到占用了100M的cache：

2）调整内存上限，使其低于cache+rss，触发了缓存回收：

[ 调整内存上限前，系统buf+cache为509M ]

[ 调整上限后触发缓存回收 ]

3）尝试将内存上限调整到已使用内存以下，调整失败：

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总结

1）smaps中记录了进程占用的各个内存段，每个内存段中的Rss表示私有内存+共享内存大小，其中共享内存被多个进程占用时会被重复计算； 2）smaps中的Pss会将共享内存部分按共享进程数进行均摊，Pss表示私有内存+共享内存/共享进程数，因此计算一组进程占用的内存总数时，累加Pss的结果更准确； 3）smaps中的Shared_Clean/Shared_dirty表示共享内存大小 4）top命令的RES表示私有内存+共享内存大小，单位为KB，其中共享内存被多个进程占用时会被重复计算； 5）top命令的SHR表示共享内存大小，单位为KB； 6）cgroup的memory.stat中cache表示系统page cache大小，在进程读取文件时，文件会缓存到系统内存，这部分缓存的内存就会记到cache中； 7）cgroup的memory.stat中rss表示私有内存大小，不包括共享内存部分； 8）cgroup的memroy.usage_in_bytes表示内存使用量，主要包括memory.stat的cache和rss； 9）cgroup的内存限制，主要限制rss大小，当rss+cache>内存上限时会优先触发cache的回收。

综上所述，当我们考虑进程的内存使用量时，如果关注是否会触发oom，则主要看memory.stat的rss部分即可，但rss并不能反映共享内存的使用情况；如果要关注进程的私有内存+共享内存占用情况，则可以主要看smaps中的Pss。

参考资料：

cgroup：https://www.kernel.org/doc/Documentation/cgroup-v1/memory.txt linux /proc/pid/smaps各字段含义：https://blog.csdn.net/u010902721/article/details/46446031

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