Cache占用過多內存導致Linux系統內存不足問題排查
問題描述
Linux服務器內存使用量超過閾值，觸發報警。
問題排查
首先，通過free命令觀察系統的內存使用情況，顯示如下：
- total used free shared buffers cached
- Mem: 24675796 24587144 88652 0 357012 1612488
- -/+ buffers/cache: 22617644 2058152
- Swap: 2096472 108224 1988248
其中，可以看出內存總量為24675796KB，已使用22617644KB，只剩余2058152KB。
然后，接著通過top命令，shift + M按內存排序后，觀察系統中使用內存***的進程情況，發現只占用了18GB內存，其他進程均很小，可忽略。
因此，還有將近4GB內存（22617644KB-18GB，約4GB）用到什么地方了呢？
進一步，通過cat /proc/meminfo發現，其中有將近4GB（3688732 KB）的Slab內存：
- ......
- Mapped: 25212 kB
- Slab: 3688732 kB
- PageTables: 43524 kB
- ......
Slab是用于存放內核數據結構緩存，再通過slabtop命令查看這部分內存的使用情況：
- OBJS ACTIVE USE OBJ SIZE SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME
- 13926348 13926348 100% 0.21K 773686 18 3494744K dentry_cache
- 334040 262056 78% 0.09K 8351 40 33404K buffer_head
- 151040 150537 99% 0.74K 30208 5 120832K ext3_inode_cache
發現其中大部分（大約3.5GB）都是用于了dentry_cache。
問題解決
1. 修改/proc/sys/vm/drop_caches，釋放Slab占用的cache內存空間（參考drop_caches的官方文檔）：
- Writing to this will cause the kernel to drop clean caches, dentries and inodes from memory, causing that memory to become free.
- To free pagecache:
- * echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
- To free dentries and inodes:
- * echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
- To free pagecache, dentries and inodes:
- * echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
- As this is a non-destructive operation, and dirty objects are notfreeable, the user should run "sync" first in order to make sure allcached objects are freed.
- This tunable was added in 2.6.16.
2. 方法1需要用戶具有root權限，如果不是root，但有sudo權限，可以通過sysctl命令進行設置：
- $sync
- $sudo sysctl -w vm.drop_caches=3
- $sudo sysctl -w vm.drop_caches=0 #recovery drop_caches
操作后可以通過sudo sysctl -a | grep drop_caches查看是否生效。
3. 修改/proc/sys/vm/vfs_cache_pressure，調整清理inode/dentry caches的優先級（默認為100），LinuxInsight中有相關的解釋：
- At the default value of vfs_cache_pressure = 100 the kernel will attempt to reclaim dentries and inodes at a “fair” rate with respect to pagecache and swapcache reclaim. Decreasing vfs_cache_pressure causes the kernel to prefer to retain dentry and inode caches. Increasing vfs_cache_pressure beyond 100 causes the kernel to prefer to reclaim dentries and inodes.
具體的設置方法，可以參考方法1或者方法2均可。
參考資料
- https://www.kernel.org/doc/Documentation/sysctl/vm.txt
- http://major.io/2008/12/03/reducing-inode-and-dentry-caches-to-keep-oom-killer-at-bay/
- http://linux-mm.org/Drop_Caches
以下記錄的是進一步排查的進展情況。
更深層次的原因
上文排查到Linux系統中有大量的dentry_cache占用內存，為什么會有如此多的dentry_cache呢？
1. 首先，弄清楚dentry_cache的概念及作用：目錄項高速緩存，是Linux為了提高目錄項對象的處理效率而設計的；它記錄了目錄項到inode的映射關系。因此，當應用程序發起stat系統調用時，就會創建對應的dentry_cache項（更進一步，如果每次stat的文件都是不存在的文件，那么總是會有大量新的dentry_cache項被創建）。
2. 當前服務器是storm集群的節點，首先想到了storm相關的工作進程，strace一下storm的worker進程發現其中有非常頻繁的stat系統調用發生，而且stat的文件總是新的文件名：
sudo strace -fp <pid> -e trace=stat
3. 進一步觀察到storm的worker進程會在本地目錄下頻繁的創建、打開、關閉、刪除心跳文件，每秒鐘一個新的文件名：
sudo strace -fp <pid> -e trace=open,stat,close,unlink
以上就是系統中為何有如此多的dentry_cache的原因所在。
一個奇怪的現象
通過觀察/proc/meminfo發現，slab內存分為兩部分：
SReclaimable // 可回收的slab SUnreclaim // 不可回收的slab
當時服務器的現狀是：slab部分占用的內存，大部分顯示的都是SReclaimable，也就是說可以被回收的。
但是通過slabtop觀察到slab內存中最主要的部分（dentry_cache）的OBJS幾乎都是ACTIVE的，顯示100%處于被使用狀態。
OBJS ACTIVE USE OBJ SIZE SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME 13926348 13926348 100% 0.21K 773686 18 3494744K dentry_cache 334040 262056 78% 0.09K 8351 40 33404K buffer_head 151040 150537 99% 0.74K 30208 5 120832K ext3_inode_cache
為什么顯示可回收的，但是又處于ACTIVE狀態呢？求Linux內核達人看到后熱心解釋下：（
會不會由于是ACTIVE狀態，導致dcache沒有被自動回收釋放掉呢？
讓系統自動回收dcache
上一小節，我們已經提到，服務器上大部分的slab內存是SReclaimable可回收狀態的，那么，我們能不能交給操作系統讓他在某個時機自動觸發回收操作呢？答案是肯定的。
查了一些關于Linux dcache的相關資料，發現操作系統會在到了內存臨界閾值后，觸發kswapd內核進程工作才進行釋放，這個閾值的計算方法如下：
1. 首先，grep low /proc/zoneinfo，得到如下結果：
low 1
low 380
low 12067
2. 將以上3列加起來，乘以4KB，就是這個閾值，通過這個方法計算后發現當前服務器的回收閾值只有48MB，因此很難看到這一現象，實際中可能等不到回收，操作系統就會hang住沒響應了。
3. 可以通過以下方法調大這個閾值：將vm.extra_free_kbytes設置為vm.min_free_kbytes和一樣大，則/proc/zoneinfo中對應的low閾值就會增大一倍，同時high閾值也會隨之增長，以此類推。
$ sudo sysctl -a | grep free_kbytes vm.min_free_kbytes = 39847 vm.extra_free_kbytes = 0
$ sudo sysctl -w vm.extra_free_kbytes=836787 ######1GB
4. 舉個例子，當low閾值被設置為1GB的時候，當系統free的內存小于1GB時，觀察到kswapd進程開始工作（進程狀態從Sleeping變為Running），同時dcache開始被系統回收，直到系統free的內存介于low閾值和high閾值之間，停止回收。
原文鏈接：http://www.cnblogs.com/panfeng412/p/drop-caches-under-linux-system.html
http://www.cnblogs.com/panfeng412/p/drop-caches-under-linux-system-2.html
