排查内存使用（泄露、耗尽）问题的一个的技巧是，区分“批发商”和“零售商”这两类不同的内存管理机制。这里的“批发商”，指的是按页面管理并分配内存的机制。而“零售商”，则是指从“批发商”那里批量获取资源，并以字节为单位，管理和分配内存的机制。
“零售商”和“批发商”的区分很重要。这是因为通过“零售商”分配出去的内存资源，在“批发商”那里或多或少都有统计。但是从“批发商”那边分配出去的内存资源，“零售商”几乎一无所知。凡是一些诡异的，“我的内存去哪里了”的问题，往往都跟这个有点有关系。
“批发商”“零售商”的例子很多，比如Windows上的一对接口VirtualAlloc和HeapAlloc。而在Linux内核中，buddy system毋庸置疑是最大内存的“批发商”，而slab则是最常用的“零售商”。今天这篇文章，我跟大家分享一个和“零售商”slab有关的真实案例。
云监控是一个好产品
今天的案例，我们从云监控说起。云监控作为一个监控工具，给客户提供了非常丰富的功能。阿里云的客户可以使用云监控来随时了解云服务的状态，而且在云服务出现异常的时候，客户可以及时地收到来自云监控的报警信息。
做为阿里云技术支持的同学，可以说我们对云监控有着一种非常“特殊”的感情。这是因为，很多时候客户提给我们的问题，会以一个云监控的截图开始，看到云监控的截图，那基本就等于我们有新的问题需要处理了。
以上的截图是云监控通过钉钉消息发送给客户的报警信息。从这个截图里来看，客户的一台ECS实例内存使用率超过了90%，而且持续了1分钟时间。这对ECS服务器来说，是相当不健康的状态。
基本套路
处理内存使用问题，有一些基本套路。首先，我们可以使用free或top命令看一下系统总体内存使用情况，如物理内存大小，有多少剩余内存，有多少被cache（这里的cache和slab机制的cache是两回事）和buff用掉了；其次，我们可以使用ps命令看看每个进程内存的使用情况；如果到这一步还没有定位到问题，进一步，我们可以通过查看/proc/meminfo文件，在更细的粒度上了解内存资源的分布与分配情况。按照这个套路打下来，一般我们都会得到一个初步的排查结果。以今天这个问题为例，系统32G内存几乎被用光了，但是cache和buff并不大，进程使用的内存也不多。最终在meminfo文件中，我发现有大量内存被slab用掉了。
零售商slab
Slab应该算是Linux内存管理机制中，最著名的“零售商”机制。写slab的文章非常多，我这里只做简单的介绍。
做为“零售商”，slab肯定需要解决两个问题，一个是怎么样从“批发商”buddy system那里“批发”内存，另外一个是怎么样管理并把这些内存“散卖”出去。为了回答这两个问题，我们首先理解一下slab机制的数据结构。Slab机制包括三个层次的数据结构：cache，slab和object。如下图，一个slab一般是一个4K大小的内存页面。当我们把slab页面，按照固定大小切分成能够被“零售”的小块的时候，我们就得到了很多的object。当把包含相同大小object的slab用“箭头”串起来的时候，就形成了cache。这里slab和object是比较容易理解的：因为把4K的页面分配给几个字节的对象使用太浪费内存了，所以就需要切开来“散卖”。而cache的存在意义其实是比较隐晦的。Cache存在的意义，其实是为了动态的管理slab，让slab可以动态的增加和减少。在object需求量大的时候，可以从“批发商”那里拿到很多的slab放进cache里，而在用完之后，又可以动态地把slab退回去。
基于cache, slab和object数据结构，slab机制要解决上边那两个问题就变得很容易了：一方面，slab机制从“批发商”buddy system那里，以slab（页面）为单位获取内存；另外一方面，slab机制以object为基本管理单元，把内存资源“零售”给系统中其他模块。
Slabtop是一个可以用来查看slab内存使用情况的工具。下边这个截图来自客户问题现场。我们可以根据cache size这一列，快速地定位到问题。很明显cache size最大的一行对应的对象是dentry。
注意：为了解释简单，这里我假设slab是一个页面，也就是4K大小。这个假设意味着，所有被管理的对象都是小于4K的。但在实际情况中，为了提供大于4K的内存块，一个slab其实可以是多个连续的物理页面。
小对象搞出大事情
目录项dentry算是一个非常小的内核数据结构。从上边的截图我们可以看到，dentry其中只有0.19K。虽然dentry很小，但是这个结构是内核中最常使用的数据结构。如下图，当进程打开文件的时候，一般都会有对应的dentry被分配出来。在Linux这样的“一切皆文件”的操作系统里，dentry结构被使用频率是不言自明的。
因为已经定位到了内核数据结构dentry，所以我选择抓一个dump来慢慢分析这个问题。抓了dump之后让客户重启机器释放内存，以免导致更严重的后果，影响业务。
Core dump掘金
使用core dump排查问题有两个优势：一是在生产环境中，客户有时候真的很难给我们机会去使用一些trace和工具一步一步的排查问题，而抓dump对业务的影响较小，抓完之后可以慢慢分析。二是core dump里包含了系统中所有正常、不正常的状态。数据量大且完整，这不是一般的数据收集方法可以比的。下边我演示一遍怎么用core dump来排查slab泄露问题。
系统基本信息
使用sys命令，我们可以快速看一下客户这台机器的基本信息。如机器名，内核版本，内存大小等。
内存概要
因为这个问题是内存使用问题，我们可以用kmem -i命令在dump里看一下内存的使用情况。我们可以看到，这个系统有32G内存，其中slab用掉27G。
Cache
接下来我们看一下slab的使用情况。命令kmem -s可以帮我们列出内核中所有的slab cache。如下图，每一行对应一个cache，每个cache负责管理一个对象，第二列是对象的名字。
Slab
既然已经发现了问题是由dentry对象引起的，那么，我们可以到slab结构内部去查看泄露的的dentry。命令kmem -S dentry可以帮我们列出包含dentry的所有slab。可以对照“零售商slab”一节第一个插图来看下边的截图。前两行给出了cache的一些基本信息，如地址，object名字，object大小等。从第三行开始，这个命令分块输出cache中所有的slab结构。每个slab里包含一列小对象，这些对象都在一个页面内部，从他们连续的地址可以看出这点。实际上这个系统分配了7百万slab页面给dentry，下图只截了前两个。
小对象dentry
这个时候问题来了。这个cache里有7百万slab，有1亿4千万dentry项，我们怎么去分析这些项呢？其实有一个很简单的技巧，就是随机挑选的一些dentry，然后看看这些dentry项里，有没有什么共同的特征，比如相同的字符串，或者共同引用的地址等。对这个问题来说，我是很幸运的。我发现在随机挑选的dentry结构里，d_iname这个字符串都包含一个子串“dOeSnotExist_.db”。
使用dOeSnotExist_.db这个子串，我们可以在公网上轻而易举地定位到下边这个问题：这是nss-softokn软件包的一个Bug。
后记
技术支持工作的一个创新点，也是这个工种的一大乐趣，是可以利用各种组合技，利用不同的方法，巧妙地组合并找出问题的答案。以今天这个问题为例，我们开始使用了一些基础的排查工具对问题进行了初步的定位；进而我们使用了core dump这种看起来不那么易用的工具，从内存中挖出了一个字符串作为线索；最后结合公网上的信息，我们拼出了这个问题的答案。
本文作者：声东
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