linux内存监控
要明白docker容器内存是如何计算的，首先要明白linux中内存的相关概念。
使用free命令可以查看当前内存使用情况。
[root@localhost ~]$ free
total used free shared buffers cached
Mem: 264420684 213853512 50567172 71822688 2095364 175733516
-/+ buffers/cache: 36024632 228396052
Swap: 16777212 1277964 15499248
这里有几个概念:
- mem: 物理内存
- swap: 虚拟内存。即可以把数据存放在硬盘上的数据
- shared: 共享内存。存在在物理内存中。
- buffers: 用于存放要输出到disk（块设备）的数据的
- cached: 存放从disk上读出的数据
可以参考这里。
为方便说明，我对free的结果做了一个对应。
[root@localhost ~]$ free
total used free shared buffers cached
Mem: total_mem used_mem free_mem shared_mem buffer cache
-/+ buffers/cache: real_used real_free
Swap: total_swap used_swap free_swap
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| total_mem | 物理内存总量 |
| used_mem | 已使用的物理内存量 |
| free_mem | 空闲的物理内存量 |
| shared_mem | 共享内存量 |
| buffer | buffer所占内存量 |
| cache | cache所占内存量 |
| real_used | 实际使用的内存量 |
| real_free | 实际空闲的内存量 |
| total_swap | swap总量 |
| used_swap | 已使用的swap |
| free_swap | 空闲的swap |
一般认为，buffer和cache是还可以再进行利用的内存，所以在计算空闲内存时，会将其剔除。
因此这里有几个等式:
real_used = used_mem - buffer - cache
real_free = free_mem + buffer + cache
total_mem = used_mem + free_mem
了解了这些，我们再来看free的数据源。其实其数据源是来自于/proc/memeinfo文件。
[root@localhost ~]$ cat /proc/meminfo
MemTotal: 264420684 kB
MemFree: 50566436 kB
Buffers: 2095356 kB
Cached: 175732644 kB
SwapCached: 123688 kB
Active: 165515340 kB
Inactive: 37004224 kB
Active(anon): 92066880 kB
Inactive(anon): 4455076 kB
Active(file): 73448460 kB
Inactive(file): 32549148 kB
Unevictable: 362900 kB
Mlocked: 74696 kB
SwapTotal: 16777212 kB
SwapFree: 15499248 kB
Dirty: 2860 kB
Writeback: 0 kB
AnonPages: 24932928 kB
Mapped: 58165040 kB
Shmem: 71822688 kB
Slab: 8374496 kB
SReclaimable: 8163096 kB
SUnreclaim: 211400 kB
KernelStack: 45824 kB
PageTables: 606296 kB
NFS_Unstable: 0 kB
Bounce: 0 kB
WritebackTmp: 0 kB
CommitLimit: 148987552 kB
Committed_AS: 114755628 kB
VmallocTotal: 34359738367 kB
VmallocUsed: 772092 kB
VmallocChunk: 34225428328 kB
HardwareCorrupted: 0 kB
AnonHugePages: 22083584 kB
HugePages_Total: 0
HugePages_Free: 0
HugePages_Rsvd: 0
HugePages_Surp: 0
Hugepagesize: 2048 kB
DirectMap4k: 7168 kB
DirectMap2M: 2015232 kB
DirectMap1G: 266338304 kB
docker
说完linux的内存，我们再来看下docker的内存监控。docker自身提供了一种内存监控的方式，即可以通过docker stats对容器内存进行监控。
该方式实际是通过对cgroup中相关数据进行取值从而计算得到。
cgroup
cgroup中的memory子系统为hierarchy提供了如下文件。
[root@localhost ~]$ ll /cgroup/memory/docker/53a11f13c08099dd6d21030dd2ddade54d5cdd7ae7e9e68f5ba055ad28498b6f/
总用量 0
--w--w--w- 1 root root 0 2月 22 12:51 cgroup.event_control
-rw-r--r-- 1 root root 0 5月 25 17:07 cgroup.procs
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.failcnt
--w------- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.force_empty
-rw-r--r-- 1 root root 0 3月 30 17:06 memory.limit_in_bytes
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.max_usage_in_bytes
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.memsw.failcnt
-rw-r--r-- 1 root root 0 3月 30 17:06 memory.memsw.limit_in_bytes
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.memsw.max_usage_in_bytes
-r--r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.memsw.usage_in_bytes
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.move_charge_at_immigrate
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.oom_control
-rw-r--r-- 1 root root 0 3月 30 17:06 memory.soft_limit_in_bytes
-r--r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.swappiness
-r--r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.usage_in_bytes
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 memory.use_hierarchy
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 notify_on_release
-rw-r--r-- 1 root root 0 2月 22 12:51 tasks
这些文件的具体含义可以查看相关资料cgroup memory。
这里主要介绍几个与docker监控相关的。
| 文件名 | 说明 |
|---|---|
| memory.usage_in_bytes | 已使用的内存量(包含cache和buffer)(字节)，相当于linux的used_meme |
| memory.limit_in_bytes | 限制的内存总量(字节)，相当于linux的total_mem |
| memory.failcnt | 申请内存失败次数计数 |
| memory.memsw.usage_in_bytes | 已使用的内存和swap(字节) |
| memory.memsw.limit_in_bytes | 限制的内存和swap容量(字节) |
| memory.memsw.failcnt | 申请内存和swap失败次数计数 |
| memory.stat | 内存相关状态 |
以下为一个容器的样例。
[root@localhost 53a11f13c08099dd6d21030dd2ddade54d5cdd7ae7e9e68f5ba055ad28498b6f]$ cat memory.usage_in_bytes
135021858816
[root@localhost 53a11f13c08099dd6d21030dd2ddade54d5cdd7ae7e9e68f5ba055ad28498b6f]$ cat memory.memsw.usage_in_bytes
135679291392
[root@localhost 53a11f13c08099dd6d21030dd2ddade54d5cdd7ae7e9e68f5ba055ad28498b6f]$ cat memory.stat
cache 134325506048
rss 695980032
mapped_file 16155119616
pgpgin 21654116032
pgpgout 21705492352
swap 655171584
inactive_anon 4218880
active_anon 74202603520
inactive_file 8365199360
active_file 52449439744
unevictable 0
hierarchical_memory_limit 137438953472
hierarchical_memsw_limit 274877906944
total_cache 134325506048
total_rss 695980032
total_mapped_file 16155119616
total_pgpgin 21654116032
total_pgpgout 21705492352
total_swap 655171584
total_inactive_anon 4218880
total_active_anon 74202603520
total_inactive_file 8365199360
total_active_file 52449439744
total_unevictable 0
memory.stat
memory.stat包含有最丰富的
| 统计 | 描述 |
|---|---|
| cache | 页缓存，包括 tmpfs（shmem），单位为字节 |
| rss | 匿名和 swap 缓存，不包括 tmpfs（shmem），单位为字节 |
| mapped_file | memory-mapped 映射的文件大小，包括 tmpfs（shmem），单位为字节 |
| pgpgin | 存入内存中的页数 |
| pgpgout | 从内存中读出的页数 |
| swap | swap 用量，单位为字节 |
| active_anon | 在活跃的最近最少使用（least-recently-used，LRU）列表中的匿名和 swap 缓存，包括 tmpfs（shmem），单位为字节 |
| inactive_anon | 不活跃的 LRU 列表中的匿名和 swap 缓存，包括 tmpfs（shmem），单位为字节 |
| active_file | 活跃 LRU 列表中的 file-backed 内存，以字节为单位 |
| inactive_file | 不活跃 LRU 列表中的 file-backed 内存，以字节为单位 |
| unevictable | 无法再生的内存，以字节为单位 |
| hierarchical_memory_limit | 包含 memory cgroup 的层级的内存限制，单位为字节 |
| hierarchical_memsw_limit | 包含 memory cgroup 的层级的内存加 swap 限制，单位为字节 |
active_anon + inactive_anon = anonymous memory + file cache for tmpfs + swap cache
active_file + inactive_file = cache - size of tmpfs
docker原生内存监控
再来说到docker原生的docker stats。其具体实现在libcontainer中可以看到。其将容器的内存监控分为cache,usage,swap usage,kernel usage,kernel tcp usage。
其中cache是从memory.stat中的cache中获取。
usage是使用memory.usage_in_bytes和memory.limit_in_bytes进行相除来计算使用率。这一方式有一个弊端，就是不够细化，没有区分出cache部分，不能真正反映内存使用率。因为一般来说cache是可以复用的内存部分，因此一般将其计入到可使用的部分。
可以考虑的改进计算方式
改进方式在统计内存使用量时将cache计算排除出去。类似于linux中计算real_used时将buffer和cache排除一样。
cache并不能直接应用memory.stat中的cache，因为其中包括了tmpfs，而tmpfs算是实际使用的内存部分。
tmpfs即share memory，共享内存
因为在memory.stat中存在有
active_file + inactive_file = cache - size of tmpfs
因此可以计算实际使用的内存量为
real_used = memory.usage_in_bytes - (rss + active_file + inactive_file)