Linux 内存管理（十一）调试信息

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原图

/proc/meminfo

在 Linux 系统中查看内存信息最准确的方法是查看/proc/meminfo 节点信息，他包含当前时刻系统的所有的物理页面信息：

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vooxle@liushuai:~/workspace/blog$ cat /proc/meminfo
MemTotal:       32766544 kB
MemFree:        18617392 kB
MemAvailable:   31598252 kB
Buffers:          829808 kB
Cached:         11869936 kB
SwapCached:            0 kB
Active:          7991876 kB
Inactive:        4838568 kB
Active(anon):     125680 kB
Inactive(anon):      628 kB
Active(file):    7866196 kB
Inactive(file):  4837940 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
SwapTotal:      92274680 kB
SwapFree:       92274680 kB
Dirty:               248 kB
Writeback:             0 kB
AnonPages:        130960 kB
Mapped:           164660 kB
Shmem:              5180 kB
KReclaimable:     746412 kB
Slab:            1116388 kB
SReclaimable:     746412 kB
SUnreclaim:       369976 kB
KernelStack:       11840 kB
PageTables:         3800 kB
NFS_Unstable:          0 kB
Bounce:                0 kB
WritebackTmp:          0 kB
CommitLimit:    108657952 kB
Committed_AS:    1769632 kB
VmallocTotal:   34359738367 kB
VmallocUsed:       56828 kB
VmallocChunk:          0 kB
Percpu:            58368 kB
HardwareCorrupted:     0 kB
AnonHugePages:         0 kB
ShmemHugePages:        0 kB
ShmemPmdMapped:        0 kB
FileHugePages:         0 kB
FilePmdMapped:         0 kB
CmaTotal:              0 kB
CmaFree:               0 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB
Hugetlb:               0 kB
DirectMap4k:      722824 kB
DirectMap2M:    16992256 kB
DirectMap1G:    17825792 kB

meminfo 节点实现在 meminfo_proc_show() 函数里，该函数在 fs/proc/meminfo.c 文件里。

  • MemTotal：系统当前可用物理内存总量，通过读取全局变量 _totalram_pages 来获得
  • MemFree: 系统当前剩余空闲物理内存，通过读取全局变量 wm_zone_stat[] 数组中的 NR_FREE_PAGES 来获得
  • Memavailable: 系统中可使用页面的数量，由 si_mem_available() 函数计算而来，计算公式为 Available= memfree + pagecache + reclaimable - totalreserve_pages。这里包括了空闲页面（ memfree）、文件映射页面（ pagecache）、可回收的页面（ reclaimable），最后减去系统保留的页面
  • Buffers：用于块层的缓存，由 nr_blockdev_pages() 函数来计算
  • Cached: 用于页面高速缓存的页面。计算公式为 Cached= NR_FILE_PAGES - swap_cache - Buffers
  • SwapCached: 这里统计交换缓存的数量，交换缓存类似于内容缓存，只不过它对应的是交换分区，而内容缓存对应的是文件。这里表示匿名页面曾经被交換出去，现在又被交換回来，但是页面内容还在交换缓存中
  • Active：活跃的匿名页面（ LRU_ACTIVE_ANON）和活跃的文件映射页面（ LRU_ACTIVE_FILE）
  • Inactive: 不活跃的匿名页面（ LRU_INACTIVE_ANON）和不活跃的文件映射页面（ LRU_INACTIVE_FILE）
  • Active(anon): 活跃的匿名页面（ LRU_ACTIVE_ANON）
  • Inactive(anon): 不活跃的匿名页面（ LRU_INACTIVE_ANON）
  • Active(file): 活跃的文件映射页面（ LRU_ACTIVE_FILE）
  • Inactive(file): 不活跃的文件映射页面（ LRU_INACTIVE_FILE）
  • Unevictable: 不能回收的页面（ LRU_UNEVICTABLE）
  • Mlocked: 不会被交换到交换分区的页面，由全局的 vm_zone_stat[] 中的 NR_MLOCK 来统计
  • SwapTotal: 交换分区的大小
  • Swapfree: 交换分区的空闲空间大小
  • Dirty: 脏页的数量，由全局的 vm_node_stat[] 中的 NR_FILE_DIRTY 来统计
  • Writeback: 正在回写的页面数量，由全局的 vm_node_stat[] 中的 NR_WRITEBACK 来统计
  • Anonpages: 统计有反向映射（RMAP）的页面，通常这些页面都是匿名页面并且都映射到了用户空间，但是并不是所有匿名页面都配置了反向映射，如部分的 shmem 和 tmps 页面就没有设置反向映射。这个计数由全局的 vm_node_stat[] 中的 NR_ANON_MAPPED 来统计
  • Mapped: 统计所有映射到用户地址空间的内容级存页面，由全局的 vm_node_stat[] 中的 NR_FILE_MAEED 来统计
  • Shmem: 共享内存（基于 tmps 实现的 shmem、 devtmfs 等）页面的数量，由全局的 vm_node_stat[] 中的 NR_SHMEM 来统计
  • KReclaimable: 内核可回收的内存，包括可回收的 slab 页面（ NR_SLAB_RECLAIMABLE）和其他的可回收的内核页面（ NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE）
  • Slab: 所有 slab 页面，包括可回收的 slab 页面（ NR_SLAB_RECLAIMABLE）和不可回收的 slab 页面 (NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)
  • Reclaimable: 可回收的 slab 页面（ NR_SLAB_RECLAIMABLE）
  • SUnreclaim: 不可回收的 slab 页面（NR_SLAB_UNRECLAIMABLE）
  • Kernelstack: 所有进程内核栈的总大小，由全局的 vm_zone_stat[] 中的 NR_KERNEL_STACK_KB 来统计
  • Pagetables: 所有用于页表的页面数量，由全局的 vm_zone_stat[] 中的 NR_PAGETABLE 来统计
  • NFS_Unstable: 在 NFS 中，发送到服务器端但是还没有写入磁盘的页面（INR_UNSTABLE_NFS）
  • WritebackTmp: 回写过程中使用的临时缓存（ NR_WRITEBACK_TEMP）
  • VmallocTotal: vmalloc 区域的总大小
  • VmallocUsed: 已经使用的 vmalloc 区域总大小
  • Percpu： percpu 机制使用的页面，由 pcpu_nr_pages() 函数统计
  • AnonHugePage： 统计透明巨页的数量
  • ShmemHugePages： 统计在 shmem 或者 tmpfs 中使用的透明巨页的数量
  • ShmemPmdMapped： 使用透明巨页并且映射到用户空间的 shmem 或者 tmps 的页面数量
  • CmaTotal： CMA 机制使用的内存
  • CmaFree： CMA 机制中空闲的内存
  • HugePages_Total: 普通巨页的数量，普通巨页的页面是预分配的
  • Hugepages_Free: 空闲的普通巨页的数量
  • Hugepageslze: 普通巨页的大小，通常是 2MB 或者 1GB
  • Hugetlb: 普通巨页的总大小，单位是 KB

读者可能会对上述内容感到疑惑，下面归纳常见的问题。

为什么 MemTotal 不等于 QEMU 虚拟机中分配的内存大小？

读者可能会发现 MemTotal 显示的总内存大小并不等于物理系统中真实的内存大小或者 QEMU 虚拟机中分配的内存大小，如在 QEMU 虚拟机启动参数中指定内存大小为 1GB 进入 QEMU 虚拟机后发现 MemTotal 为“99984KB"。这是因为内核静态使用的内存（如内核代码等）在启动阶段需要用到，它没有计入 MemTotal 统计项中，而是统计到 reserved 中。下面是一个计算机的内核启动日志信息：

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[0.000000] Memory: 929640K/1048576K available(23228K kernel code, 1090K rwdata, 3872K rodata, 4608K init, 503K bss, 53400K reserved, 65536K cma-reserved)
[8.910031] Freeing unused kernel memory: 4608K

从上述内核日志可以看到，在启动初始化时有 53400 大小的内容被保留了，用于内核代码等。在内核初始化完成之后，init 段的内存会被释放，因此被保留的内存大小为 53400KB-4608KB=48792KB，加上 MemTotal 正好是 1GB 内存

MemAvailable 究竟是什么意思？

MemavAilable 表示系统中有多少可以利用的内存，这些内存不包括交换分区。 MemAvailable 的计算和 MemFree、可回收的 slab 页面、内容页面以及每个内存管理区的最低水位等有密切关系。

为什么 sab 分配器要区分 SReclaimable 和 SUnreclaim

一个 slab 分配器由一个或者多个连续的物理页面组成。在为 slab 分配器分配物理页面时根据 slab 描述符（ cache->flags）是否设置了 SLAB_RECLAIM_ACCOUNT 标志位来判断这些页面是属于 SReclaimable 还是属于 SUnreclaim.

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<mm/slab.c>

static struct page *kmem_getpages()
{
    if (cachep->flags & SLAB_RECLAIM_ACCOUNT)
        mod_lruvec_page_state(page, NR_SLAB_RECLAIMABLE, nr_pages);
    else
        mod_lruvec_page_state(page, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE, nr_pages);

    ...
}

而在创建 sab 描述符时若发现设置了 SLAB_RECLAIM_ACCOUNT，那么分配物理页面的行为就是可回收的，即设置 __GFP_RECLAIMABLE，表示这些页面是可以被 sab 机制的收割机回收的。

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<mm/slab.c>

int __kmem_cache_create(struct kmem_cache *cachep, slab_flags_t flags)
{
    ...
    if (flags & SLAB_RECLAIM_ACCOUNT)
        cachp->allocflags |= __GFP_RECLAIMABLE;
    ...
}

因此，这些 slb 分配器的页面的迁移类型是 MIGRATE_RECLAIMABLE。在页面回收机中会调用 slab 收割机的回调函数（ shrinker->scan_objects）来回收一些 slab 对象，但是在 scan_objects 回调函数的实现中并没有判断哪些 slab 分配器的页面设置了__GFP_RECLAIMABLE，哪些页面没有设置__GFP_RECLAIMABLE。在 slab 机制里，有一个定时器会定时扫描和检查哪些 slab 分配器可以被销毁，如果一个 slab 分配器中都是空闲的 slab 对象那么这个 slab 分配器就可以被回收，并且 slab 分配器占用的页面会被释放，见 cache_reap() 数。因此，统计 SReclaimable 和 SUnreclaim 页面的含义是在于计算系统可用的总内存数 meminfo 中的 MemAvailable，详见 si_mem_available() 函数。

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<mm/page_alloc.c>

long si_mem_available(void)
{
    ...
    reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
        global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
    available += reclaimable  - min(reclaimable / 2, wmar_low);
    ...
    return available;
}

为什么 Active（anon）+ nactive（anon）不等于 Anonpages

我们知道 Active（anon）表示 LRU 链表中的活跃匿名页面， Inactive（anon）表示不活跃匿名页面，这两个值相加，表示系统的 LRU 链表中的总匿名页面数量。而 AnonPages 表示和用户态进程地址空间建立映射关系。当一个匿名页面和进程地址空间建立映射关系时会调用 page_add_new_anon_mmap() 函数来新增一个 RMAP。

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void page_add_new_anon_rmap ()
{
    ...
    __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ANON_MAPPED, nr);
    ...
}

但是 shmem（基于 tmpfs 实现）使用的页面会被添加到系统的匿名页面的 LRU 链表中因此它会被计入 Active（anon）或者 Inactive（anon）之中。主要原因是 shmem 使用的页面基于 RAM 内存，它可以被写入交换分区里。在分配 shmem 页面时设置了 PG_SwapBacked 标志位，见 shmem_alloc_and_acct_page() 函数。

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static struct page *shmem_alloc_and_acct_page ()
{
    page =shmem_alloc_page(gfp, info, index);
    __SetPageLocked(page);
    __SetPageSwapbacd(page);
}

通过判断 PG_SwapBacked 标志位来定将页面加到名页面的 LRU 链表中还是文件映射的 LRU 链表中，见 page_is_file_cache() 函数。若没有设置 PG_SwapBacked 标志位，则页面是文件映射的页面，会被添加到文件映射的 LRU 链表中否则，被添加到名页面的 LRU 链表中。

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static inline int page_is_file_cache(struct page * page)
{
    return !PageSwapBacked(page);
}

另外， shmem 页面并没有计入 Anonpages 中，而是计入了 MM_SHMEMPAGES 类型的计数值（即 Shmem）中，见 do_shared_fault()->finish_fault()->alloc_set_pte() 函数。

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vm_fault_t alloc_set_pte()
{
    ...
    inc_mm_counter_fast(vma->vm_mm, mm_counter_file(page));
    page_add_file_rmap(page, false);
    ...
}

在 page_add_file_rmap() 中会把这个页面计入 NR_FILE_MAPPED 计数值中。

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void page_add_file_rmap()
{
    ...
    mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, nr);
    ...
}

总之， shmem 页面一方面被添加到了置名页面的 LRU 链表里，另一方面被统计到文件映射页面的计数中，真是个“另类的”页面。

为什么 Active（file) + Inactive（file) 不等于 Mapped?

Active（file）+ nactive(file) 表示系统 LRU 链表中所有文件映射页面的总和，而 Mapped 表示统计所有映射到用户地址空间的内容缓存页面，由 NR_FILE_MAPPED 来统计。当一个内容缓存映射到用户态的进程地址空间时，会调用 page_add_file_map() 函数来建立 RMAP，并增加 NR_FILE_MAPPED 计数值。

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void page_add_file_rmap()
{
    ...
    __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, nr);
    ...
}

有一个特殊情况需要考虑，就是 shmem 页面。它会被计入 NR_FILE_MAPPED 计数值中但是它会设置 PG_SwapBacked 标志位，因此它会被计入匿名页面。 当创建一个 shmem 页面时会把它计入 NR_FILE_PAGES 和 NR_SHMEM 计数值中，见 shmem_add_to_page_cache() 函数。

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static int shmem_add_to_page_cache()
{
    ...
    __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_FILE_PAGES, nr);
    __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_SHMEM, nr);
    ...
}

为什么 Active（file）+ Inactive（file）不等于 Cached？

Cached 计数值的计算公式是 Cached = NR_FILE_PAGES - swap_cache - Buffers。但是 shmem 页面被计入 NR_FILE_PAGES 里，同时，它也在匿名页面 LRU 链表的计数值里 Active(file) + Inactive（file）表示系统的 LRU 链表中所有文件映射页面的总和，因此 LRU 表所有文件映射页面总和不等于 Cached 计数值。

伙伴系统信息

/proc/buddyinfo 节点包含当前系统的伙件系统简要信息 而 proc/pagetypeinfo 节点则包含当前系统的伙伴系统详细信息，包括每个迁移类型和每个链表的成员数量等。当前系统只有一个 DMA32 的内存管理区，支持的迁移类型有 Unmovable、 Movable、Reclaimable、 HighAtomic、CMA 以及 Isolate 等迁移类型，其中页面数量最多的迁移类型是 Movable 类型。迁移类型的最小的单位是页块，在 ARM64 架构中，页块的大小是 2MB，即 order 为 9 其中一共有 512 个页面：

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root@liushuai:/home/vooxle/workspace/blog# cat /proc/pagetypeinfo
Page block order: 9
Pages per block:  512

Free pages count per migrate type at order       0      1      2      3      4      5      6      7      8      9     10
Node    0, zone      DMA, type    Unmovable      1      1      0      0      2      1      1      0      1      0      0
Node    0, zone      DMA, type      Movable      0      0      0      0      0      0      0      0      0      1      3
Node    0, zone      DMA, type  Reclaimable      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone      DMA, type   HighAtomic      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone      DMA, type          CMA      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone      DMA, type      Isolate      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone    DMA32, type    Unmovable      1      0      0      0      0      0      1      1      1      1      0
Node    0, zone    DMA32, type      Movable      9      5      5      5      4      6      6      5      5      3    459
Node    0, zone    DMA32, type  Reclaimable      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone    DMA32, type   HighAtomic      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone    DMA32, type          CMA      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone    DMA32, type      Isolate      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone   Normal, type    Unmovable      1    499    477    515    204     39     28      5      0      0      0
Node    0, zone   Normal, type      Movable   8557  24298  10230   7542   2723    231    664    257    371     94   3641
Node    0, zone   Normal, type  Reclaimable      8      1     62     35     38     12      0      1      0      1      0
Node    0, zone   Normal, type   HighAtomic      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone   Normal, type          CMA      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0
Node    0, zone   Normal, type      Isolate      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0      0

Number of blocks type     Unmovable      Movable  Reclaimable   HighAtomic          CMA      Isolate
Node 0, zone      DMA            1            7            0            0            0            0
Node 0, zone    DMA32            2         1014            0            0            0            0
Node 0, zone   Normal          394        14596          370            0            0            0

读者需要注意，页块的大小和普通巨页有关。当系统配置了 CONFIG_HUGETLB_PAGE 时，页块的 order 大小等于 HUGETLB_PAGE_ORDER，通常是 9：否则，页块的 order 大小是 10，如下图所示。

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#ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
#define pageblock_order HUGETLB_PAGE_ORDER
#else
#define pageblock_order (MAX_ORDER-1)
#endif

查看内存管理区的信息

/proc/zoneinfo 节点包含当前系统所有内存管理区的信息。/proc/zoneinfo 节点是显示如下几部分信息。

当前内存节点的内存统计信息

下面是/proc/zoneinfo 节点的第一部分信息。

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root@liushuai:/home/vooxle/workspace/blog# cat /proc/zoneinfo
Node 0, zone      DMA
  per-node stats
      nr_inactive_anon 157
      nr_active_anon 31943
      nr_inactive_file 1209487
      nr_active_file 1968292
      nr_unevictable 0
      ...
      nr_kernel_misc_reclaimable 0

在第 2 行中，表示当前内存节点是第 0 个内存节点，当前内存管理区为 DMA。 在第 3 行中，表示下面是该内存节点的总体信息。如果当前内存管理区是内存节点的第一个内存管理区，那么会显示该内存节点的总信息。它通过 node_page_state() 函数来读取内存节点的数据结构 plist_data 中的 vm_stat 计数值。 上述信息是在 zoneinfo_show_print() 函数中输出的。

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<mm/vmstat.c>

static void zoneinfo_show_print(struct seq_file * m, pg_data_t *pgdat,
                                struct zone *zone)

当前内存管理区的总信息下面继续看/proc/zoneinfo 节点的信息

下面继续看/proc/zoneinfo 节点的第二部分信息。

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pages free     3971
      min      8
      low      11
      high     14
      spanned  4095
      present  3999
      managed  3971
      protection: (0, 1776, 31892, 31892, 31892)
  • pages free: 表示这个内存管理区中空闲页面的数量
  • min：表示这个内存管理区中处于最低警戒水位的页面数量
  • low：表示这个内存管理区中处于低水位的页面数量
  • high：表示这个内存管理区中处于高水位的页面数量
  • spanned：表示这个内存管理区包含的页面数量
  • present：表示这个内存管理区里实际管理页面的数量
  • managed：表示这个内存管理区中被伙伴系统管理的页面数量
  • protection：表示这个内存管理区预留的内存

内存管理区详细的页面信息

接下来是内存管理区详细的页面信息/proc/zoneinfo 节点的第三部分信息

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nr_free_pages 3971
nr_zone_inactive_anon 0
nr_zone_active_anon 0
nr_zone_inactive_file 0
nr_zone_active_file 0
nr_zone_unevictable 0
nr_zone_write_pending 0
nr_mlock     0
nr_page_table_pages 0
nr_kernel_stack 0
nr_bounce    0
nr_zspages   0
nr_free_cma  0
numa_hit     0
numa_miss    0
numa_foreign 0
numa_interleave 0
numa_local   0
numa_other   0

上述是这个内存管理区详细的页面信息。它通过 zone_page_state() 函数来读取 zone 数据结构中的 vm_stat 计数值。

每个 CPU 内存分配器的信息

最后是每个 C 内存分配器的/proc/zonelnf。节点的第四部分信息

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pagesets
  cpu: 0
            count: 0
            high:  0
            batch: 1
vm stats threshold: 12
  cpu: 1
            count: 0
            high:  0
            batch: 1
  ...
vm stats threshold: 12
node_unreclaimable:  0
start_pfn:           1
  • pagesets：表示每个 CPU 内存分配器中每个 CPU 缓存的页面信息。
  • node_unreclaimable：表示页面回收失败的次数。
  • start_pfn：表示内存管理区的起始页帧号

查看与进程相关的内存信息

进程的 mm_struct 数据结构中有一个 rss_stat 成员，它用于记录进程的内存使用情况。

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/*
 * When updating this, please also update struct resident_page_types[] in
 * kernel/fork.c
 */
enum {
	MM_FILEPAGES,	/* Resident file mapping pages */
	MM_ANONPAGES,	/* Resident anonymous pages */
	MM_SWAPENTS,	/* Anonymous swap entries */
	MM_SHMEMPAGES,	/* Resident shared memory pages */
	NR_MM_COUNTERS
};

#if USE_SPLIT_PTE_PTLOCKS && defined(CONFIG_MMU)
#define SPLIT_RSS_COUNTING
/* per-thread cached information, */
struct task_rss_stat {
	int events;	/* for synchronization threshold */
	int count[NR_MM_COUNTERS];
};
#endif /* USE_SPLIT_PTE_PTLOCKS */

struct mm_rss_stat {
	atomic_long_t count[NR_MM_COUNTERS];
};
...
struct mm_struct

进程的 mm_struct 数据结构会记录下面 4 种页面的数量

  • MM_FILEPAGES：进程使用的文件映射的页面数量。
  • MM_ANONPAGES：进程使用的匿名页面数量。
  • MM_SWAPENTS：进程使用的交换分区的匿名页面数量
  • MM_SHMEMPAGES：进程共享的内存的页面数量

增加和减小进程内存计数的接口函数有如下几个。

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#获取 member 计数值
unsigned long get_mm_counter(struct mm_struct *mm, int member)
# 使 member 计数值增加 value
void add_mm_counter(struct mm_struct *mm, int member, long value)
#使 member 计数值增加 1
void inc_mm_counter(struct mm_struct *mm, int member)
#使 member 计数值减小 1
roid dec_mm_counter(struct mm_struct *mm, int member)
#当 page 不是匿名页面时，若 page 设置了 PageSwapbacked，那么返回 MM_SHMEMPAGES，否则返回 MM_EILEPAGES
int mm_counter_file(struct page *page)
#返回 page 对应的统计类型
int mm_counter(struct page *page)

proc 文件系统包含每个进程的相关信息，其中 /proc/PID/status 节点有不少和具体进程内存相关的信息。下面是 sshd 线程的状态信息，只截取了和内存相关的信息。

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root@liushuai:/proc/2# cat status
Name:	kthreadd
Umask:	0000
State:	S (sleeping)
Tgid:	2
Ngid:	0
Pid:	2
PPid:	0
TracerPid:	0
Uid:	0	0	0	0
Gid:	0	0	0	0
FDSize:	64
Groups:
NStgid:	2
NSpid:	2
NSpgid:	0
NSsid:	0
Threads:	1
SigQ:	0/127633
SigPnd:	0000000000000000
ShdPnd:	0000000000000000
SigBlk:	0000000000000000
SigIgn:	ffffffffffffffff
SigCgt:	0000000000000000
CapInh:	0000000000000000
CapPrm:	0000003fffffffff
CapEff:	0000003fffffffff
CapBnd:	0000003fffffffff
CapAmb:	0000000000000000
NoNewPrivs:	0
Seccomp:	0
Speculation_Store_Bypass:	thread vulnerable
Cpus_allowed:	ffff,ffffffff
Cpus_allowed_list:	0-47
Mems_allowed:	00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000001
Mems_allowed_list:	0
voluntary_ctxt_switches:	3335
nonvoluntary_ctxt_switches:	0
  • Name：进程的名称
  • Pid:PID。
  • VmPeak：进程使用的最大虚拟内存，通常情况下它等于进程的内存描述符 mm 中的 total_vm
  • VmSize：进程使用的虚拟内存，它等于 mm->total_vm
  • VmLck：进程锁住的内存，它等于 m->locked_vm，这里指使用 mlock() 锁住的内存。
  • VmPin：进程固定住的内存，它等于 mm->pinned_vm，这里指使用 get_user_page() 固定住的内存。
  • VmHWM：进程使用的最大物理内存，它通常等于进程使用的匿名页面、文件映射页面以及共享内存页面的大小总和
  • VmRSS：进程使用的最大物理内存，它常常等于 VmHWM，计算公式为 VmRSS = RssAnon + RssFile + RssShmem
  • RssAnon：进程使用的匿名页面，通过 get_mm_counter（mm， MM_ANONPAGES）获取。
  • RssFile：进程使用的文件映射页面，通过 get_mm_counter（mm， MM_FILEPAGES）获取
  • RssShmem：进程使用的共享内存页面，通过 get_mm_counter（mm， MM_SHMEMPAGES）获取。
  • VmData：进程私有数据段的大小，它等于 mm->data_vm
  • VmStk：进程用户栈的大小，它等于 mm->stack_vm
  • VmExe：进程代码段的大小，通过内存描述符 mm 中的 start_code 和 end_code 两个成员获取
  • VmLib：进程共享库的大小，通过内存描述符 mm 中的 exec_vm 和 VmExe 计算。
  • VmPTE：进程页表大小，通过内存描述符 mm 中的 pgtables_byes 成员获取。
  • VmSwap：进程使用的交换分区的大小，通过 get_mm_counter(mm， MM_SWAPENTS) 获取
  • HugetlbPages：进程使用巨页的大小，通过内存描述符 mm 中的 hugetlb_usage 成员获取

为什么 S_swap 与 P_swap 不相等

proc/meminfo 节点中 SwapTotal 减去 SwapFree 等于系统中已经使用的交换内存大小，我们称之为 S_swap。另外，我们写一个小程序来遍历系统中所有的进程，并把进程中 /proc/PID/status 节点的 VmSwap 值都累加起来，我们把它称为 P_swap。为什么这两个值不相等？在 Linux 内核中通过 si_mapinfo() 函数来查看 S_swap 的值，由 nr_swap_pages 和 swap_info_struct 中的 flags 来统计，见 si_swapinfo() 函数。

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<mm/swapfile. c>

void si_swapinfo(struct sysinfo *val)

当一个页面需要被交换到交换分区时，它需要在 kswapd 内核线程中经历活跃和不活跃 LRU 链表老化过程。一个页面被选为候选交换页面后，它需要调用 try_to_unmap_one() 函数来断开所有和用户进程地址空间映射的 PTE。 try_to_unmap_one() 函数的代码片段如下。

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static bool try_to_unmap_one()
{
    ...
    if (PageAnon(page)) {
        dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
        inc_mm_counter(mm, MM_SWAPENTS);
        swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
        set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
    }
    ...
}

在 try_to_unmap_one() 函数中，对于匿名页面，会减小进程的 MM_ANONPAGES 计数，增加 MM_SWAPENTS 计数，这里通过 PageAnon() 来判断页面是否为匿名页面。 shmem（共享内存）比较特殊，它是基于 tmpfs 来实现的，本质上它是基于 RAM 的一个文件系统，因此它具有文件的属性，如有文件节点、页面高速缓存等。另外，它的内容不能随便丢弃。当系统内存短缺时会把 shmem 暂时写入交换分区以便腾出内存，因此它有部分匿名页面的属性。那它究竟属于匿名页面还是文件映射页面呢？

创建 shmem 页面时，使用 shmem_fault() 函数，它的 page->mmaping 字段指向 inode->i_mapping，因此我们没法通过 PageAnon() 来判定它是否是传统的匿名页面。在 try_to_unmap_one() 函数中， shmem 页面并没有被统计到进程的 MM_SWAPENTS 计数中，/proc/PID/status 节点中的 VmSwap 不包含被写入交换分区的 shmem 页面。

参考文献

《奔跑吧 Linux 内核》