1、IBM AIX 操作系統(tǒng)的內(nèi)存調(diào)度機(jī)制剖析辛?xí)F系統(tǒng)服務(wù)事業(yè)部 201203)(摘要 作者根據(jù)自己多年的 AIX5L 系統(tǒng)管理的經(jīng)驗(yàn)，從日常使用和管理角度出發(fā)，深入淺出但又較為系統(tǒng)論述了 AIX5L 操作系統(tǒng)內(nèi)存調(diào)度機(jī)制，并對以往資料很少提及的Pagespace 和文件內(nèi)存的使用也做了重點(diǎn)剖析。本文對于 AIX 系統(tǒng)管理和AIX上的應(yīng)用開發(fā)了解和深入掌握AIX 系統(tǒng)均有較大幫助。 內(nèi)存（Memory） 頁面空間/內(nèi)存（Pagespace）內(nèi)存替換（Steal）內(nèi)存暫存（Pin）空余內(nèi)存（Free）0. 前言IBM 公司 UNIX 系統(tǒng)（AIXAdvancederactive Executive）

2、作為使UNIX 操作系統(tǒng)之一，其內(nèi)存的管理調(diào)度機(jī)制和其他用最成熟和廣泛的如Linux、HP 公司的 UNIX 系統(tǒng)（HP-UX）都有所不同，有其獨(dú)特之處。而如不對此有深刻了解，將會(huì)對其日常管理的各類內(nèi)存現(xiàn)象產(chǎn)生困惑和不解，如為什么空余的內(nèi)存總是非常少，為什么頁面空間（Pagespace）總是降不下來等等。深入剖析 AIX 的內(nèi)存調(diào)度機(jī)制，了解其特點(diǎn)，對日常管理 AIX，通過各類命令調(diào)整內(nèi)存調(diào)度，最終使得系統(tǒng)最大限度利用資源、持久穩(wěn)定運(yùn)行都能有所幫助。1. 內(nèi)存概論AIX 的整個(gè)內(nèi)存按管理初步分為 4 類，（1）虛存(Vm)，是所有進(jìn)程申請內(nèi)存的總和；（2）活動(dòng)虛存（Avm ）,為目前所有進(jìn)程使

3、用內(nèi)存總和；（3）實(shí)存，為系統(tǒng)物理配置的內(nèi)存，又分為計(jì)算內(nèi)存、文件內(nèi)存（供文件讀寫）和空余內(nèi)存（Free）；（4）頁面內(nèi)存（Pagespace），為系統(tǒng)擴(kuò)展到硬盤上的內(nèi)存，類似其他UNIX 系統(tǒng)的交換（Swap）空間，但機(jī)制又有所不同。虛存是目前所有進(jìn)程理論上的內(nèi)存總和，可用 ps gv 的所有進(jìn)程的數(shù)據(jù)節(jié)尺寸（SIZE）列和文本節(jié)尺寸（TSIZ）列簡單相加，予以接近，實(shí)際意義不大；活動(dòng)虛存為實(shí)存的計(jì)算內(nèi)存和頁面內(nèi)存的實(shí)際使用部分之和，可用 vms命令的avm 列看到，理想狀態(tài)為小于實(shí)存，否則就可能會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存調(diào)進(jìn)調(diào)出。常說的機(jī)器內(nèi)存大小，用 topas 命令，prtconf 命令，svmon實(shí)

4、存就是命令等都可以看到;由于 AIX 的管理為盡量多使用內(nèi)存，只要進(jìn)程沒有退出就不會(huì)，所以平時(shí)看到的空余內(nèi)存（Free）非常小,但并不表示內(nèi)存不夠使用。頁面內(nèi)存的使用情況可觀察到內(nèi)存最的情況，且為內(nèi)存使用的最后領(lǐng)地，頁面內(nèi)存滿了將直接導(dǎo)致系統(tǒng)不再接受新的進(jìn)程，如超過 npskill 閥值將進(jìn)行kill 調(diào)度。內(nèi)存替換及調(diào)度的最小為 4KB,vms示計(jì)算。命令，svmon 命令均按此顯此外從頁面替換的角度看，實(shí)存又分為鎖定內(nèi)存和可替換內(nèi)存;對于系統(tǒng)內(nèi)核和被頻繁使用的部分內(nèi)存，系統(tǒng)將標(biāo)記為鎖定（Pin），不參與頁面替換?？捎?svmon G 命令觀察。對于計(jì)算內(nèi)存和文件內(nèi)存，可用topas 命令簡

5、單直觀的看到。2. 內(nèi)存分配可以從一個(gè)程序開始運(yùn)行變?yōu)檫M(jìn)程后退出的整個(gè)過程來充分理解 AIX的內(nèi)存分配機(jī)制：2.1開始運(yùn)行開始運(yùn)行時(shí)，AIX 有一系列動(dòng)作要完成，如申請等等，這里只對內(nèi)存的變化作一簡單論述。開始就會(huì)有兩個(gè)部分產(chǎn)生，共享內(nèi)存（如對于 Oracle 數(shù)據(jù)庫進(jìn)程，這是主要部分）和私有內(nèi)存，又各自分為工作段、文本段等內(nèi)存段（內(nèi)存段具體可參見資料AIX5L V5.2 命令參考大全，卷 5的 svmon 命令部分）?？傊诔绦蛘嬲\(yùn)行之前，就會(huì)耗掉一部分內(nèi)存存放代碼、文件等信息，當(dāng)然這部分對內(nèi)存的消耗有限， 假設(shè)空余空間（Free）足夠分配，方便下面剖析。2.2 申請內(nèi)存程序開始運(yùn)行，需要

6、申請內(nèi)存存放數(shù)據(jù)，如果空余空間足夠，就直接分配；如果分配過程中少于minfree 閥值，系統(tǒng)就會(huì)掃描內(nèi)存，按預(yù)定的頁面調(diào)度算法（具體可參見AIX 性能管理指南內(nèi)存頁面替換算法），要么逐步替換（Steal）文件內(nèi)存，最終文件內(nèi)存降到 minperm 閥值；要么產(chǎn)生頁面調(diào)出（Page Out），將其它進(jìn)程的使用內(nèi)存趕到頁面空間（Pagespace）里。最終滿足內(nèi)存申請，值,大于minfree 閥值。2.3 使用free 內(nèi)存小于 maxfree 閥原則上頻繁使用時(shí)，使用的內(nèi)存將被暫存（Pin）,不受頁面替換調(diào)度影響。但如此時(shí)使用不頻繁而內(nèi)存緊張，此時(shí)仍有可能被趕到頁面空間（Pagespace）里。

7、2.4內(nèi)存當(dāng)程序使用內(nèi)存結(jié)束，調(diào)用 free（）程序內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存不會(huì)真正馬上換。但相應(yīng)頁面做有標(biāo)記，在頁面調(diào)度算法中將優(yōu)先給其它進(jìn)程替2.5 再次申請內(nèi)存當(dāng)程序再次申請內(nèi)存，一般上次申請的內(nèi)存還未調(diào)出實(shí)存，如果本次申請小于上次，系統(tǒng)不再分配，只需使用，替換標(biāo)記有所變化；當(dāng)申請大小大于上次，則同樣按申請?jiān)矸峙湓龆嗖糠帧?.6 再次內(nèi)存同樣，當(dāng)程序使用內(nèi)存結(jié)束，調(diào)用free（）程序內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存不會(huì)真正馬上程替換。但相應(yīng)頁面做有標(biāo)記，在頁面調(diào)度算法中將優(yōu)先給其它進(jìn)2.7 讀寫大的文件當(dāng)程序讀寫大的文件時(shí)，先檢查文件內(nèi)存里是否已有，有則使用，否則將占用文件內(nèi)存，根據(jù)頁面替換算法仍然可能發(fā)生頁面調(diào)出（

8、Page Out）,將其它進(jìn)程內(nèi)存趕到頁面空間（Pagespace）。當(dāng)文件內(nèi)存超過 maxperm 閥值時(shí)仍然還在讀寫，則擠掉其它文件或網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（ Network FileSystem）的客戶端（cnt）內(nèi)存。此外需要特別一提的是， 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）的客戶端（cnt）內(nèi)存也是文件內(nèi)存的一部分，由 maxcnt 閥值控制。2.8 休眠或等待當(dāng)程序內(nèi)存后處于休眠等待等狀態(tài)時(shí)，隨著時(shí)間的推移，曾為其分配的內(nèi)存將最有可能成為被替換的對象。2.9 退出當(dāng)進(jìn)程正常退出或被 kill 掉時(shí)，其曾使用的數(shù)據(jù)和代碼等內(nèi)存將完全釋放，包括頁面空間（Pagespace）部分，但文件內(nèi)存保留。此時(shí)，空閑空

9、間（FREE）大小可能超過maxfree 閥值。當(dāng)然，實(shí)際系統(tǒng)調(diào)度時(shí)更為復(fù)雜，內(nèi)存調(diào)度也主要受以下內(nèi)存參數(shù)的約束，這里僅從我個(gè)人理解作一說明，詳細(xì)解釋可看相關(guān)資料：minfree：當(dāng)系統(tǒng)需要分配內(nèi)存而空閑空間又小于此值，系統(tǒng)將調(diào)用頁面替換，直到大于此值。缺省 120,即 480KB。maxfree：當(dāng)系統(tǒng)頁面調(diào)換時(shí)，發(fā)現(xiàn)空閑空間已大于此值，將停止。缺省 128，即 512KB。minperm: 當(dāng)系統(tǒng)的文件內(nèi)存百分比小于此值，替換算法將同時(shí)替換文件頁和計(jì)算頁。缺省為 20%。maxperm: 當(dāng)系統(tǒng)的文件內(nèi)存大于此值，替換算法將只替換文件頁。缺省為80%。strict_maxperm：當(dāng)設(shè)為

10、1 時(shí)，文件內(nèi)存將絕對不會(huì)超過 maxperm 閥值，缺省為 0。maxcnt: 作為 NFS 的cnt 使用的文件內(nèi)存空間。缺省 20%。 maxpin: 不受替換算法影響的暫存/鎖定內(nèi)存（pin）總數(shù)。以上參數(shù)，AIX5.1 及之前 AIX4.3，可用/usr/sles/kernel/vmtune 命令來調(diào)整，需要生效，須寫入系統(tǒng)啟動(dòng)。AIX5.2 之后可用vmo 命令，加-p 即可成為生效。從以上論述，就不難理解，為什么 AIX 里看內(nèi)存的使用總是滿滿的，這是因?yàn)榧词沽藘?nèi)存，只要進(jìn)程不退出，就不會(huì)真正變成空閑空間（Free）的，也就看不到這部分空余內(nèi)存。這也是和 Liunx 等 UNIX

11、 系統(tǒng)的明顯區(qū)別所在。3. 頁面空間（Pagespace）調(diào)度對于 AIX 的Pagespace 的使用，在 AIX5.3 以前，基本是系統(tǒng)自身來調(diào)控。設(shè)定當(dāng)內(nèi)存緊張時(shí)，接近 minfree 閥值作為情形來做說明：發(fā)生內(nèi)存申請。如果文件內(nèi)存在minperm 和maxperm 之間，將優(yōu)先文件內(nèi)存，也同時(shí)按替換算法將各個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存部分調(diào)出到 pagespace；當(dāng)文件內(nèi)存少于 minperm，將優(yōu)先將各個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存部分調(diào)出。如調(diào)出部分以前沒有調(diào)出過，這時(shí)將占用頁面空間（Pagespace），此時(shí) pagespace 使用比例增加；如占用部分以前就調(diào)出過，則檢查變化，無變化就只標(biāo)記，變化則更新，占

12、用比例將不變。進(jìn)程進(jìn)行大的文件讀寫和NFS 讀寫。這時(shí)如果系統(tǒng)文件內(nèi)存沒到maxperm閥值，且以前未讀寫過此文件，系統(tǒng)按替換算法同時(shí)減少其它文件所占內(nèi)存和將其它進(jìn)程的計(jì)算內(nèi)存調(diào)出到頁面空間（Pagespace） ,可以看到文件內(nèi)存占實(shí)存比例逐漸增加，頁面空間（Pagespace）也同樣按上面原則，可能同時(shí)增加。3.3 占用大內(nèi)存的進(jìn)程退出。當(dāng)大進(jìn)程退出時(shí)，可以看到實(shí)存的空余內(nèi)存（Free）值增加一大塊，但頁面空間（Pagespace）卻不一定有明顯變化。這又有 3 種情況：1）大的文件讀寫結(jié)束時(shí)，文件內(nèi)存減少，頁面空間（Pagespace）沒有變化。當(dāng)然隨著時(shí)間的推移，其他進(jìn)程調(diào)用時(shí)，頁面空

13、間（Pagespace）內(nèi)容回調(diào)，空余內(nèi)存（Free）會(huì)逐步減少，但頁面空間（Pagespace）內(nèi)容仍保留。2）如果該進(jìn)程運(yùn)行也無變化。就退出，從未被調(diào)出過，則頁面空間（Pagespace）3）只有當(dāng)該進(jìn)程曾被調(diào)出過，頁面空間（Pagespace）將會(huì)減少曾調(diào)出部分的大小。綜上所述，就不難理解，何時(shí)頁面空間（Pagespace）才能下降，即只有被調(diào)出過的占用頁面空間（Pagespace）的進(jìn)程退出時(shí)才會(huì)下降。當(dāng)然，我也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)辦法，新開一個(gè)頁面空間（Pagespace），然后用 swapoff 命令關(guān)閉原來的一個(gè)，再用 swapon 命令激活，這樣來回是比較有效的辦法。也會(huì)降下來，在 AI

14、X5.3 前也令人欣喜的是，AIX5.3增加了對頁面空間（Pagespace）的管理，有了垃圾回收（Garbage Collection）的概念。并增加了一系列參數(shù)來調(diào)整頁面空間（Pagespace）的管理，限于篇幅，具體可可以參考ioo令幫助，或參考AIX5.3的相關(guān)資料。對此我也曾做過試驗(yàn)，的確可以使得進(jìn)程回調(diào)內(nèi)存后，立刻面空間（Pagespace）的占用。頁4. 文件內(nèi)存文件內(nèi)存由內(nèi)存（Pers ）和客戶端內(nèi)存（Cnt）組成，不計(jì)算在活動(dòng)虛存（Avm）里，平時(shí)用 vms命令無法看到，用 topas 命令，svmon 命令可看出。以文件系統(tǒng)使用過程剖析這個(gè)問題：文件系統(tǒng)裝載成功：文件系統(tǒng)裝

15、載（mount）時(shí)，實(shí)際有三個(gè)可能：使用文件內(nèi)存，這時(shí)缺省方式，對于絕大多數(shù)類型文件系統(tǒng)適用。不使用文件內(nèi)存，需要加 dio 參數(shù)，即直接讀寫。適用內(nèi)存較少，或讀寫特殊的文件系統(tǒng)。筆者曾遇到 hyperion essbase 所在文件系統(tǒng)要用此參數(shù)，否則性能反而下降。該參數(shù)對文件系統(tǒng)日常備份的性能影響非常明顯。3）是網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）的話，將使用客戶端（c4.2 進(jìn)程使用該文件系統(tǒng)nt）文件內(nèi)存。當(dāng)進(jìn)程開始讀寫該文件系統(tǒng)上的文件，文件內(nèi)存就開始使用，如果該文件第一次被讀寫，則進(jìn)程將申請到一塊文件內(nèi)存，用作高速緩存（cache）,速度較慢。進(jìn)程退出后，該內(nèi)存仍不常明顯。，以后再有進(jìn)程讀寫，則使用，速度提高非當(dāng)內(nèi)存緊張時(shí)，很久不用的文件內(nèi)存將優(yōu)先被4.3 文件系統(tǒng)卸載。文件系統(tǒng)卸載（unmount)時(shí)，與其相關(guān)的文件內(nèi)存將全部干凈，這也是為什么大文件系統(tǒng)卸載比較費(fèi)時(shí)的原因。這部分內(nèi)存即使沒人使用也不會(huì)自動(dòng)。綜上可以看到，如果內(nèi)存寬裕，就無須調(diào)配 minperm 閥值和 maxperm閥值，這樣可以充分發(fā)揮文件內(nèi)存的優(yōu)勢，提高I/O 的性能。如果內(nèi)存緊張，可調(diào)低ma