文件缓存是一项重要的性能改进,在大多数情况下,读缓存在绝大多数情况下是有益无害的(程序可以直接从RAM中读取数据)。写缓存比较复杂,Linux内核将磁盘写入缓存,过段时间再异步将它们刷新到磁盘。这对加速磁盘I/O有很好的效果,但是当数据未写入磁盘时,丢失数据的可能性会增加。

当然,也存在缓存被写爆的情况。还可能出现一次性往磁盘写入过多数据,以致使系统卡顿。这些卡顿是因为系统认为,缓存太大用异步的方式来不及把它们都写进磁盘,于是切换到同步的方式写入。

这些都是可控制的选项,根据工作负载和数据,你可以决定如何设置它们:

$ sysctl -a | grep dirty
vm.dirty_background_bytes = 0
vm.dirty_background_ratio = 10
vm.dirty_bytes = 0
vm.dirty_ratio = 20
vm.dirty_writeback_centisecs = 500
vm.dirty_expire_centisecs = 3000
vm.dirtytime_expire_seconds = 43200
  • vm.dirty_background_ratio 是内存可以填充脏数据的百分比。这些脏数据稍后会写入磁盘,pdflush/flush/kdmflush这些后台进程会稍后清理脏数据。比如,我有32G内存,那么有3.2G的脏数据可以待着内存里,超过3.2G的话就会有后台进程来清理。
  • vm.dirty_ratio是可以用脏数据填充的绝对最大系统内存量,当系统到达此点时,必须将所有脏数据提交到磁盘,同时所有新的I/O块都会被阻塞,直到脏数据被写入磁盘。这通常是长I/O卡顿的原因,但这也是保证内存中不会存在过量脏数据的保护机制。
  • vm.dirty_background_bytesvm.dirty_bytes是另一种指定这些参数的方法。如果设置_bytes版本,则_ratio版本将变为0,反之亦然。
  • vm.dirty_expire_centisecs 指定脏数据能存活的时间。在这里它的值是30秒。当 pdflush/flush/kdmflush 在运行的时候,他们会检查是否有数据超过这个时限,如果有则会把它异步地写到磁盘中。毕竟数据在内存里待太久也会有丢失风险。
  • vm.dirty_writeback_centisecs 指定多长时间 pdflush/flush/kdmflush 这些进程会唤醒一次,然后检查是否有缓存需要清理。

可以通过下面方式看内存中有多少脏数据:一共有106页的脏数据

$ cat /proc/vmstat | egrep "dirty|writeback"
nr_dirty 106
nr_writeback 0
nr_writeback_temp 0
nr_dirty_threshold 3934012
nr_dirty_background_threshold 1964604

方法1:减少缓存

在很多情况下,我们有快速的磁盘子系统,它们有自己的大电池支持的NVRAM缓存,所以将东西保存在系统页面缓存中是有风险的。让我们尝试以更及时的方式向磁盘发送I/O,并减少本地操作系统(借用服务行业的话)“陷入困境”的机会。为了做到这一点,我们减小/etc/sysctl.confvm.dirty_background_ratiovm.dirty_ratio的数值,并执行sysctl -p命令:

vm.dirty_background_ratio = 5
vm.dirty_ratio = 10

这是基于Linux的虚拟机管理程序的典型方法。不建议将这些参数设置为0,一些后台I/O可以很好地将应用程序性能与磁盘阵列在SAN(“峰值”)上的较短时间的较高延迟解耦。

方法2:增加缓存

在某些情况下,显著提高缓存对性能有积极的影响。在这些情况下,Linux客户机上包含的数据不是关键的,可能会丢失,而且应用程序通常会重复或以可重复的方式写入相同的文件。理论上,通过允许内存中存在更多脏页,你将在缓存中一遍又一遍地重写相同的块,只需要每隔一段时间向实际磁盘写一次。为此,我们提出了以下参数:

vm.dirty_background_ratio = 50
vm.dirty_ratio = 80

有时候还会提高vm.dirty_expire_centisecs 这个参数的值,来允许脏数据更长时间地停留。除了增加数据丢失的风险之外,如果缓存已满并需要同步,还会有长时间I/O卡顿的风险,因为在大型虚拟机缓存中有大量数据。

方法3:增减都用

有时候系统需要应对突如其来的高峰数据,它可能会拖慢磁盘。比如说:每小时或者午夜进行批处理作业、在Raspberry Pi上写SD卡等等。这种情况下,我们可以允许大量的写I/O存储在缓存中,这样后台刷新操作就可以慢慢异步处理它:

vm.dirty_background_ratio = 5
vm.dirty_ratio = 80

这个时候,系统后台进程在脏数据达到5%时就开始异步清理,但在80%之前系统不会强制同步写磁盘。在此基础上,你只需要调整RAMvm.dirty_ratio大小以便能缓存所有的写数据。当然,磁盘上的数据一致性也存在一定风险。

总结

无论你选择哪种方式,都应该始终收集数据来支持你的更改,并帮助你确定是在改进还是变得更糟。我们可以从应用程序,/proc/vmstat, /proc/meminfo, iostat, vmstat 以及/proc/sys/vm里面获得大量有用信息。

08-12 03:32