Фрагментация памяти относится к неиспользуемому пространству между выделенными блоками памяти, что уменьшит использование памяти и повлияет на производительность и стабильность системы.
Основные причины фрагментации памяти
следующие:
- Частое выделение и освобождение памяти: из-за несбалансированного выделения и освобождения памяти легко создать небольшие фрагменты.
- Выделение памяти разного размера. Фрагментация также может возникнуть, если размер памяти, выделенной в системе, несовместим.
- Проблема выравнивания памяти: когда память выделяется без выравнивания, это также вызывает фрагментацию.
Как избежать фрагментации памяти
Можно использовать следующие стратегии:
- Пул памяти. Использование пула памяти может уменьшить частое выделение и высвобождение памяти, тем самым избегая фрагментации.
- Унифицированный метод выделения памяти. Использование одного и того же метода выделения памяти позволяет избежать выделения памяти разных размеров.
- Выровненное выделение памяти. Благодаря выравниванию распределения памяти фрагментация памяти может быть уменьшена.
- Используйте алгоритм сжатия памяти: Алгоритм сжатия памяти может дефрагментировать память, чтобы уменьшить фрагментацию.
- Избегайте утечек памяти: утечки памяти приведут к тому, что часть памяти не будет освобождена, а также приведет к фрагментации.
Подводя итог, можно сказать, что для предотвращения фрагментации памяти необходимо обратить внимание на способ выделения памяти, выравнивание памяти и предотвращение утечек памяти.
На практике есть два способа уменьшить фрагментацию памяти.
1. Освободить память и уменьшить фрагментацию
2. Сжать фрагментацию
В давно работающей операционной системе Linux в системном журнале иногда отображается сообщение об ошибке, которая не может выделить высокоуровневую память:
Aug 4 22:58:15 server1 kernel: : [69229257.683658] xenwatch: page allocation failure. order:4, mode:0xd0
Aug 4 22:58:15 server1 kernel: : [69229257.683665] Pid: 168, comm: xenwatch Tainted: GF --------------- 2.6.32-358.23.2.el5.x86_64 #1
Aug 4 22:58:15 server1 kernel: : [69229257.683672] Call Trace:
Aug 4 22:58:15 server1 kernel: : [69229257.683688] [<ffffffff8112723a>] ? __alloc_pages_nodemask+0x67a/0x8c0
Aug 4 22:58:15 server1 kernel: : [69229257.683697] [<ffffffff8126082f>] ? number+0x2ff/0x330
Aug 4 22:58:15 server1 kernel: : [69229257.683706] [<ffffffff81162260>] ? kmem_getpages+0x60/0x150
此时使用cat /proc/buddyinfo观察内存order分配情况，可以看到内存碎片化严重（大量的低阶内存页，但是几乎没有高阶内存页）
# cat /proc/buddyinfo
Node 0, zone DMA 2 2 2 1 2 1 1 0 0 0 2
Node 0, zone DMA32 32995 4377 762 211 157 108 68 23 3 0 0
Node 0, zone Normal 127146 68215 1614 0 0 0 0 0 0 0 1
Метод обработки в основном использует drop_caches (отказ от кеша), а затем использует compact_memory для объединения страниц памяти младшего порядка для создания достаточного количества страниц памяти высокого порядка.
drop_caches
Ядро после Linux Kernel 2.6.16 предоставляет ядро настройки для сброса кеша страниц и / или каталогов (dentry) и кеша индексных узлов (inode), что может освободить много памяти.
### 释放页缓存
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
### 释放目录和索引节点缓存（inode and dentry cache）
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
### 同时释放 页、目录、索引节点缓存：
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
Вышеуказанные операции являются безвредными операциями и интеллектуально освобождают объекты памяти, которые вообще не используются. Грязные объекты будут продолжать использоваться до тех пор, пока они не будут записаны на диск, поэтому грязные объекты памяти не будут освобождены. Однако, если команда синхронизации выполняется до выполнения drop_caches, грязные объекты будут сброшены на диск, так что операция drop_caches высвободит больше памяти.
Примечание: drop_caches занимает некоторое время (это видно в терминале около десятков секунд), в это время, если снова использовать cat /proc/buddyinfo, можно увидеть, что сразу появляется большое количество старших страниц памяти .
Но триггерное действие drop_caches является одноразовым, то есть это не означает, что система не кэширует содержимое только потому, что выходное содержимое равно 3 при отображении cat /proc/sys/vm/drop_caches. Вместо этого, как только drop_caches завершается, система немедленно и автоматически кэширует последующие объекты памяти. Поэтому, чтобы снова запустить очистку кеша, ее нужно выполнить еще раз echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches.
Если повторение echo 3 > /proc/sys/vm/drop_cachesне освобождает кеш снова, вы можете сначала попробовать echo 0 > /proc/sys/vm/drop_caches, а затем сделать это снова echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches.
compact_memory
Когда для параметра компиляции ядра установлено значение CONFIG_COMPACTION, в /proc/sys/vm/compact_memory будет файл записи. Запись 1 в этот файл приводит к сжатию всех зон, чтобы предоставить как можно больше смежных блоков памяти. Эта функция очень важна, когда необходимо выделить большие страницы, но при необходимости процесс будет непосредственно выполнять сжатие памяти (компактную память).
Пример практической работы
Проверка перед очисткой кеша
#cat /proc/buddyinfo
Node 0, zone DMA 2 2 2 1 2 1 1 0 0 0 2
Node 0, zone DMA32 32995 4377 762 211 157 108 68 23 3 0 0
Node 0, zone Normal 127146 68215 1614 0 0 0 0 0 0 0 1
выполнить освобождение кеша
# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
Проверить после очистки кеша
# cat /proc/buddyinfo
Node 0, zone DMA 2 2 2 1 2 1 1 0 0 0 2
Node 0, zone DMA32 76826 65298 43784 20780 5272 616 90 32 4 0 0
Node 0, zone Normal 524538 365499 176074 45644 4338 140 6 0 0 0 1
начать сжатие
Выполнить сжатие памяти
# echo 1 > /proc/sys/vm/compact_memory
Затем снова проверьте распределение страниц памяти, вы можете увидеть, что постепенно появляется все больше и больше старших страниц памяти.
# cat /proc/buddyinfo
Node 0, zone DMA 2 2 2 1 2 1 1 0 0 0 2
Node 0, zone DMA32 18217 13464 8621 4666 2654 2087 1609 1040 517 130 3
Node 0, zone Normal 145048 131183 76864 38454 20405 11854 5149 1143 96 3 1
Справочная статья: https://blog.csdn.net/qq_31055683/article/details/126974873