从 kswapd0 进程CPU占用过高 到计算机内存详解

Posted 2021-03-20 wqbin

问题发现

 

操作系统都用分页机制来管理物理内存，操作系统将磁盘的一部分划出来作为虚拟内存，由于内存的速度要比磁盘快得多，所以操作系统要按照某种换页机制将不需要的页面换到磁盘中，将需要的页面调到内存中，由于内存持续不足，这个换页动作持续进行，kswapd0是虚拟内存管理中负责换页的，当服务器内存不足的时候kswapd0会执行换页操作，这个换页操作是十分消耗主机CPU资源的。如果通过top发现该进程持续处于非睡眠状态，且运行时间较长，可以初步判定系统在持续的进行换页操作，可以将问题转向内存不足的原因来排查。

问题描述：kswapd0 进程占用了系统大量 CPU 资源。

处理办法：Linux 系统通过分页机制管理内存的同时，将磁盘的一部分划出来作为虚拟内存。而 kswapd0 是 Linux 系统虚拟内存管理中负责换页的进程。当系统内存不足时，kswapd0 会频繁的进行换页操作。而由于换页操作非常消耗 CPU 资源，所以会导致该进程持续占用较高 CPU 资源。如果通过 top 等监控发现 kswapd0 进程持续处于非睡眠状态，且运行时间较长并持续占用较高 CPU 资源，则通常是由于系统在持续的进行换页操作所致。则可以通过 free 、ps 等指令进一步查询系统及系统内进程的内存占用情况，做进一步排查分析。

kswapd0是什么

Linux uses kswapd for virtual memory management such that pages that have been recently accessed are kept in memory and less active pages are paged out to disk.
(what is a page?)…Linux uses manages memory in units called pages.
So,the kswapd process regularly decreases the ages of unreferenced pages…and at the end they are paged out(moved out) to disk

kswapd0进程的作用：

它是虚拟内存管理中，负责换页的，操作系统每过一定时间就会唤醒kswapd ，看看内存是否紧张，如果不紧张，则睡眠。

在 kswapd 中，有2 个阀值，pages_hige 和 pages_low，当空闲内存页的数量低于 pages_low 的时候，kswapd进程就会扫描内存并且每次释放出32 个free pages，直到 free page 的数量到达pages_high。

 

kswapd0 占用过高是因为 物理内存不足，使用swap分区与内存换页操作交换数据，导致CPU占用过高。

可以通过修改  /etc/sys/vm/swappiness  里面的数值来修改swap分区使用与否，默认 60，数值越大表示更多的使用swap分区

• swap 分区和内存 都有缓存区，缓存的内容为之前使用过的数据，用于加快第二次打开时访问速度。
• swap分区 可以使用多个交换区（使用多硬盘？） 来加快swap访问速度
• swap 分区使用的为硬盘的内容，速度比直接访问内存慢几千倍

 

 

 

Swap配置对性能的影响

分配太多的Swap空间会浪费磁盘空间，而Swap空间太少，则系统会发生错误。如果系统的物理内存用光了，系统就会跑得很慢，但仍能运行；

如果Swap空间用光了，那么系统就会发生错误。例如，Web服务器能根据不同的请求数量衍生出多个服务进程（或线程），如果Swap空间用完，则服务进程无法启动，通常会出现“application is out of memory”的错误，严重时会造成服务进程的死锁。因此Swap空间的分配是很重要的。
通常情况下，Swap空间应大于或等于物理内存的大小，最小不应小于64M，通常Swap空间的大小应是物理内存的2-2.5倍。

但根据不同的应用，应有不同的配置：如果是小的桌面系统，则只需要较小的Swap空间，而大的服务器系统则视情况不同需要不同大小的Swap空间。特别是数据库服务器和Web服务器，随着访问量的增加，对Swap空间的要求也会增加，一般来说对于4G 以下的物理内存，配置2倍的swap，4G 以上配置1倍。
另外，Swap分区的数量对性能也有很大的影响。

因为Swap交换的操作是磁盘IO的操作，如果有多个Swap交换区，Swap空间的分配会以轮流的方式操作于所有的Swap，这样会大大均衡IO的负载，加快Swap交换的速度。

如果只有一个交换区，所有的交换操作会使交换区变得很忙，使系统大多数时间处于等待状态，效率很低。用性能监视工具就会发现，此时的CPU并不很忙，而系统却慢。这说明，瓶颈在IO上，依靠提高CPU的速度是解决不了问题的。