关于linux 内存碎片指数

linux针对每一个node的每个zone的每个order，都有一个碎片指数来描述当前的碎片程度，也就是

extfrag_index 参数：

extfrag_index这个要展示出来，需要内核编译了两个选项，即：

#if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_COMPACTION)
否则不会生成这个文件。

[root@localhost ~]#    grep CONFIG_DEBUG_FS /boot/config-3.10.0-693.5.2.el7.x86_64 
CONFIG_DEBUG_FS=y
[root@localhost ~]# grep CONFIG_COMPACTION /boot/config-3.10.0-693.5.2.el7.x86_64 
CONFIG_COMPACTION=y

如果确定已经编译进入内核，但是也看不到/sys/kernel/debug/下的数据，那说明没有挂载，或者挂载的路径不是/sys/kernel/debug/，如果没有挂载则需要挂载一下：

mount -t debugfs none  /sys/kernel/debug

然后，在linux里面展示如下：

[root@localhost ~]# cat /sys/kernel/debug/extfrag/extfrag_index
Node 0, zone      DMA -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 
Node 0, zone    DMA32 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 
Node 0, zone   Normal -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 0.995 0.998 
Node 1, zone   Normal -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 0.988 0.994 0.997 

那这些数据怎么理解呢？

我们先来看一下打印这些数据的函数：

static void extfrag_show_print(struct seq_file *m,
                    pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
{
    unsigned int order;
    int index;

    /* Alloc on stack as interrupts are disabled for zone walk */
    struct contig_page_info info;

    seq_printf(m, "Node %d, zone %8s ",
                pgdat->node_id,
                zone->name);
    for (order = 0; order < MAX_ORDER; ++order) {
        fill_contig_page_info(zone, order, &info);
        index = __fragmentation_index(order, &info);
        seq_printf(m, "%d.%03d ", index / 1000, index % 1000);------------可以看出，"."前面是__fragmentation_index返回值的除数，后面是余数 
    } 
    seq_putc(m, '
'); 
}

如下就是计算碎片指数的函数：

static int __fragmentation_index(unsigned int order, struct contig_page_info *info)
{
    unsigned long requested = 1UL << order;

    if (!info->free_blocks_total)------------没有内存，返回0，都没有内存，谈何碎片
        return 0;

    /* Fragmentation index only makes sense when a request would fail */
    if (info->free_blocks_suitable)------------返回-1000，也就是展示的是-1.000，那么这个时候没有意义，因为内存充足，不关心碎片指数，碎片指数只在申请内存失败的时候有意义
        return -1000;

    /*
     * Index is between 0 and 1 so return within 3 decimal places
     *
     * 0 => allocation would fail due to lack of memory
     * 1 => allocation would fail due to fragmentation
     */
    return 1000 - div_u64( (1000+(div_u64(info->free_pages * 1000ULL, requested))), info->free_blocks_total);
}

可以看出，越靠近1000，则碎片越严重，很容易分配失败。-1000表示内存充足，不需要关心碎片指数。为0代表压根就没free内存了，也不需要关心碎片指数。这两个极端都不需要考虑。

我们来看具体的数据：

[root@localhost ~]# cat /proc/buddyinfo 
Node 0, zone      DMA      0      1      1      1      1      1      1      0      1      1      3 
Node 0, zone    DMA32    187    276    194    232    133     43      7      6      2      2    178 
Node 0, zone   Normal 108231  75779  17645   6950   3437   1991   1100    297      1      0      0 
Node 1, zone   Normal  77511  40265   9424   7355   4124   2210    950      2      0      0      0 
[root@localhost ~]# cat /sys/kernel/debug/extfrag/extfrag_index
Node 0, zone      DMA -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 
Node 0, zone    DMA32 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 
Node 0, zone   Normal -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 0.995 0.998 
Node 1, zone   Normal -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 0.988 0.994 0.997

然后迁移合并一下内存:

[root@localhost ~]# echo 1 >/proc/sys/vm/compact_memory 
[root@localhost ~]# cat /proc/buddyinfo                 
Node 0, zone      DMA      0      1      1      1      1      1      1      0      1      1      3 
Node 0, zone    DMA32    563    489    286    211    100     39      7      6      2      1    178 
Node 0, zone   Normal  19109   8235   5752   6181   3805   2486   1572    704    266    127     42 
Node 1, zone   Normal  22730  11342   7692   8589   5944   3296   1300     93     26      5      0 

[root@localhost ~]# cat /sys/kernel/debug/extfrag/extfrag_index
Node 0, zone      DMA -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 
Node 0, zone    DMA32 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 
Node 0, zone   Normal -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 
Node 1, zone   Normal -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 -1.000 0.993 

总的来看，当有最后一个大页的内存的时候，即4k*2的10次方，也就是4M的连续页面的时候，问题都不大，因为可以拆分页面。

所以如果需要脚本判断当前系统的碎片程度，可以看最后4列的值，如果都为-1.000，没问题，否则多少存在碎片，如果值越大，则越碎。

可以通过配置cat /proc/sys/vm/extfrag_threshold来缓解碎片的问题。这个值默认是500.

如果超过了extfrag_threshold这个值, kswapd就会触发memory compaction . 所以, 这个值设置接近1000, 说明系统在内存碎片的处理倾向于把旧的页换出, 以符合申请的需要; 而设置接近0, 表示系统在内存碎片的处理倾向于做memory compaction，迁移合并及时的话，就可以缓解碎片。但迁移合并是耗性能的，所以可以将其配置为200左右。