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解释 Red Hat Enterprise Linux 的 /proc/meminfo 和 free 输出

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Environment

  • Red Hat Enterprise Linux（所有版本）

Issue

  • 我需要 /proc/meminfo 输出的解释。
  • 我想将 free -k 的输出与 cat /proc/meminfo 进行比较。
  • 我想将 sar -r ALL 的输出与 cat /proc/meminfo 进行比较。

Resolution

比较输出

  • free -k 输出 (RHEL 5 和 RHEL 6)：
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       7778104    2971960    4806144          0     211756    1071092
-/+ buffers/cache:    1689112    6088992
Swap:      4194296          0    4194296
  • free -k 输出 (RHEL 7 及更高版本)：
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        1012952      252740      158732       11108      601480      543584
Swap:       1048572        5380     1043192
  • /proc/meminfo 中的相关字段与 free -k 输出中的相关字段匹配：
MemTotal:        7778104 kB
MemFree:         4806144 kB
Buffers:          211756 kB
Cached:          1071092 kB
SwapTotal:       4194296 kB
SwapFree:        4194296 kB
  • 对于 RHEL 7 及更高版本，提供了一个额外的字段，它会被使用，而不是对 -/+ buffers/cache 行的计算：
MemAvailable:     543584 kB

将 free -k 的输出匹配到 /proc/meminfo

下表显示了如何在 Red Hat Enterprise Linux 5、6、7、8 、9 和 10 中得到与 /proc/meminfo 字段匹配的 free 输出。

free output 对应的 /proc/meminfo 字段
Mem: total MemTotal
Mem: used MemTotal - MemFree [1]
Mem: free MemFree
Mem: shared（现在可忽略。它没有意义。） 不适用
Mem: buffers Buffers
Mem: cached Cached
-/+ buffers/cache: used MemTotal - (MemFree + Buffers + Cached) [1]
-/+ buffers/cache: free MemFree + Buffers + Cached
Swap: total SwapTotal
Swap: used SwapTotal - SwapFree
Swap: free SwapFree

下表显示了如何在 Red Hat Enterprise Linux 7.1 或更新版本（procps-ng 3.3.10）中得到与 /proc/meminfo 字段匹配的 free 输出。

free output 对应的 /proc/meminfo 字段
Mem: total MemTotal
Mem: used MemTotal - MemFree - Buffers - Cached - Slab [1]
Mem: free MemFree
Mem: shared Shmem
Mem: buff/cache Buffers + Cached + Slab [2]
Mem:available MemAvailable
Swap: total SwapTotal
Swap: used SwapTotal - SwapFree
Swap: free SwapFree

[1] 从 RHEL9.1 及之后的版本开始，free output 中的 used 会按照 MemTotal - MemAvailable 计算。
[2] Buffers + Cached + SReclaimable 在至少 RHEL9.1 中

将 sar -r ALL 的输出匹配到 /proc/meminfo

下表显示了如何在 Red Hat Enterprise Linux 8 中得到与 /proc/meminfo 字段匹配的 sar -r ALL 输出。

sar output 对应的 /proc/meminfo 字段
kbmemfree MemFree
kbavail MemAvailable
kbmemused MemTotal - MemFree
%memused (MemTotal - MemFree) / MemTotal * 100
kbbuffers Buffers
kbcached Cached
kbcommit Committed_AS
%commit Committed_AS / (MemTotal + SwapTotal) * 100
kbactive Active
kbinact Inactive
kbdirty Dirty
kbanonpg AnonPages
kbslab Slab
kbkstack KernelStack
kbpgtbl PageTables
kbvmused VmallocUsed

在 Red Hat Enterprise Linux 9 及更新的版本中，kbmemused 和 %memused 的公式已被改变。

sar output 对应的 /proc/meminfo 字段
kbmemused MemTotal - (MemFree + Buffers + Cached + Slab)
%memused (MemTotal - (MemFree + Buffers + Cached + Slab)) / MemTotal * 100

Root Cause

  • 分析内存消耗

Diagnostic Steps

大部分内容来自于内核文档 (Documentation/filesystems/proc.txt 和 Documentation/vm/hugetlbpage.txt)

高级别统计

RHEL 5, 6, 7, 8, 9 和 10。
  • MemTotal: 可用内存总量
  • MemFree: 没有被系统使用的物理内存量
  • Buffers: 缓存中的内存，原始磁盘块的相对临时存储。这不应该很大。
  • Cached: 页缓存中的内存(磁盘缓存和共享内存)
  • SwapCached: 主内存中存在的内存，但也在交换文件中。（如果需要内存，则不需要将该区域再次交换出去，因为它已在交换文件中。这会节省 I/O，并在机器缺少内存时提高性能。）
RHEL 7、8、9 和 10
  • MemAvailable: 估算需要多少内存来启动新的应用程序，而不需要交换。
    • 有关 MemAvailable 的更多信息，请查看 此处 。

详细的级别统计

RHEL 5, 6, 7, 8, 9 和 10。
  • Active:最近使用的内存，通常不会被交换出去或回收
  • Inactive:最近没有使用的内存，且可被交换出去或回收
RHEL 6、7、8、9 和 10。
  • Active(anon): 最近使用的匿名内存，通常不会被交换出去
  • Inactive(anon): 最近没有使用的匿名内存，可被交换出去
  • Active(file): 最近使用的页缓存内存，在需要前通常不会被回收
  • Inactive(file): 可回收的页缓存内存，没有很大的性能影响
  • Unevictable: 由于各种原因而无法被交换出去的无法访问的页
  • Mlocked: 使用 mlock() 系统调用锁定到内存的页面。Mlocked 页也是无法访问的。

内存统计信息

RHEL 5, 6, 7, 8, 9 和 10。
  • SwapTotal: 可用的总 swap 空间
  • SwapFree: 剩余的 swap 空间
  • Dirty: 等待写到磁盘的内存
  • Writeback: 主动写回磁盘的内存
  • AnonPages: 映射到用户空间页表的非文件支持的页
  • Mapped: 已映射的文件，如库
  • Slab: 内核中的数据结构缓存
  • PageTables: 专用于最低级别页表的内存量。如果很多进程附加到同一共享内存段上，可以将其增加到一个高值。
  • NFS_Unstable: 发送到服务器的 NFS 页，但还没有提交到存储
  • Bounce: 用于块设备 bounce buffers 的内存
  • CommitLimit: 根据过度提交比率 (vm.overcommit_ratio)，这是当前系统上可被分配的内存量。只有在启用了严格的过度提交核算时 (vm.overcommit_memory中的模式 2) 才会遵循此限制。
  • Committed_AS: 系统上目前分配的内存量。已提交的内存是所有由进程分配的内存的总和，即使它们还没有被"使用"。
  • VmallocTotal: vmalloc 内存区域的总大小
  • VmallocUsed: 使用的 vmalloc 区域量
  • VmallocChunk: vmalloc 区域的最大连续块，其是免费的
  • HugePages_Total: 内核分配的巨页数（使用 vm.nr_hugepages 定义）
  • HugePages_Free: 进程没有分配的巨页数
  • HugePages_Rsvd: 已承诺从池中分配的巨页数，但还没有分配。
  • Hugepagesize: hugepage 的大小（在基于 Intel 的系统上通常为 2MB）
Red Hat Enterprise Linux 7, 8, 9 & 10
  • Percpu: 专用于每 cpu 对象的内存量。为了扩展性和内存访问速度优化，许多特定于内核的对象被已这种方式中止，以便系统上的每个 CPU 都有一份该对象的副本(每 cpu)。这些对象可以在引导时静态分配或在系统运行期间动态分配；例如，cgroups 通常创建动态的每 cpu 对象分配。
    • 注意 ：RHEL 7.8 及更新的版本提供了 /proc/meminfo 中的 Percpu 统计。
RHEL 9 和 10
  • CmaTotal: 为当前内核保留的连续内存区域的总数。
  • CmaFree: 当前内核可自由使用的连续内存区域。

备注：在 RHEL 9 的 /proc/meminfo 中添加了新参数，CmaTotal 和 CmaFree

RHEL 6、7、8、9 和 10。
  • Shmem: 已使用的共享内存总量（在多个进程之间共享，因此包括 RAM 磁盘、SYS-V-IPC 和类似 SHMEM 的 BSD）
  • SReclaimable: 可能被回收的 Slab 的一部分（如缓存）
  • SUnreclaim: 在内存压力下不能被回收的 Slab 的一部分
  • KernelStack: 内核堆栈使用的内存。这是不可回收的。
  • WritebackTmp: FUSE 用于临时回写缓冲区的内存
  • HardwareCorrupted: 内核识别为损坏/不能正常工作的 RAM 量
  • AnonHugePages: 映射到用户空间页表的非文件支持的巨页
  • HugePages_Surp: 池中超过 vm.nr_hugepages 中值的巨页数。最大超出巨页数是由 vm.nr_overcommit_hugepages 控制的。
  • DirectMap4k: 映射到内核空间 4k 页大小的内存量。
  • DirectMap2M: 映射到内核空间 2MB 页大小的内存量。
  • DirectMap1G. 映射到内核空间 1GB 页大小的内存量。

DirectMap*备注 ： 所有 RAM 直接映射到 64 位构架中的内核空间。如果可能，内核使用大页来提高 TLB 的效率。因此，如果 RAM 数没有改变，则 DirectMap* 的总和应该是恒定的，并且大多数内存对 DirectMap1G 和/或 DirectMap2M 进行计算。这与 hugepages 无关。
DirectMap1G备注 ：这个值仅在 /proc/meminfo 中提供，前提是相应的 CPU 硬件支持它。您可以通过检查 /proc/cpuinfo 中的标记 'pdpe1gb' 来验证。

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