【linux】free 命令显示 swap 信息异常处理

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前言
问题原因：
- 为什么出现这么大的值？
- 为什么会发生 swap free 大于 swap total 的现象?
解决方案：
实践：
- 1. 启用交换分区
- 2. 增加交换分区使用频率
- 3. 编写一个内存代码 `munch.c`
- 4. 编译
- 5. 执行
- 6. 查看内存
- 7. 修改交换分区使用频率
总结：
错误：
参考：

前言

今天发现有台服务swap分区数据显示异常，使用free -g 命令查看内存使用情况，swap 的 used 远远超过 swap total 的值, free 的值也大于 total, 如下所示:

[root@dx-selk00 ~]# free -gtotal       used       free     shared    buffers     cached
Mem:           125        125          0          0          0         40
-/+ buffers/cache:         83         42
Swap:            0 1717986918          3

可以看到交换分区使用明显是不正常的，并且使用swapon/swapoff 命令也并不能解决问题！

使用swapon -a

使用swapoff -a

可以看到使用swapon/swapoff 命令也并不能解决问题！

问题原因：

为什么出现这么大的值？

通过查看 free 命令的源代码说明: https://github.com/mmalecki/procps/

free.c 文件关于 swap 信息的代码:

22    #define S(X) ( ((unsigned long long)(X) << 10) >> shift)
...
...
38       int shift = 10;
...
...
100        printf(
101            "%-7s %10Lu %10Lu %10Lu\n", "Swap:",
102            S(kb_swap_total),
103            S(kb_swap_used),
104            S(kb_swap_free)
105        );

追踪 kb_swap_used 到 proc/sysinfo.c 文件的代码:

41  #define MEMINFO_FILE "/proc/meminfo"
...
589    FILE_TO_BUF(MEMINFO_FILE,meminfo_fd);
...
621   kb_swap_used = kb_swap_total - kb_swap_free;
622   kb_main_used = kb_main_total - kb_main_free;

从代码来看 free 命令是通过读取 /proc/meminfo 的信息来显示内存及 swap 的使用, 通过 free -m 函数可以看到 free 大于 total 的总量, 在这里的话 X 即为负数 -2752, 在宏定义函数 S 中, 将 X 强制转换为64位的无符号整形, 表达式 (unsigned long long) (X) 等效于 2^64 - 2752 , 计算出结果后左移 10 位再右移 10(shift 值) 位, 得出结果 18014398509479232.

为什么会发生 swap free 大于 swap total 的现象?

在 kernel-2.6.32-573.7.1 版本之前, 函数 get_swap_page 在加锁的过程中去掉了自旋锁 swap_lock, 这可能会引起 nr_swap_pages 检测异常使得 /proc/meminfo 记录失效的 swapfree 数值, 由此可能引起 swapfree 大于 swaptotal 的现象. 详见: RHBA-2015-1827.html bug 说明

A previous change in the get_swap_page() locking removed the use of the
swap_lock spinlock. This could cause nr_swap_pages corruption and invalid
SwapFree information in the /proc/meminfo file, where the size of SwapFree could
exceed the size of SwapTotal. This update uses an atomic variable for
nr_swap_pages, and the size of SwapFree in /proc/meminfo is now correct.
(BZ#1259362)

解决方案：

上述问题的原因在于 kernel 方面的 bug 而引起, 所以要永久杜绝该现象可以升级内核到 2.6.32-573.7.1 版本, 重启后即可生效; 如果不升级 kernel 的话, 只是简单的 swapoff/swapon 是不能让结果正常显示的, 因为 swap 的使用未见变化。

临时解决方案：重启
永久解决方案：升级内核
占用部分 swap 空间就可以使 free 显示正常

由于这台服务器上部署的服务比较多，切服务比较重要，索引重启机器和升级内核的方案不能使用。于是选择使用第三种方案：

实践：

1. 启用交换分区

因为我们需要占用部分 swap 空间，所以第一步打开交换分区。

swapon -a

2. 增加交换分区使用频率

增加交换分区的使用频繁，这样使我们的内存程序能够更好的使用交换分区的空间。

echo 60 > /proc/sys/vm/swappiness

3. 编写一个内存代码 `munch.c`

代码的功能是会尽可能多地占用内存，或者达到指定的限制

vim /tmp/munch.c

代码内容如下：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main(int argc, char** argv) {int max = -1;int mb = 0;char* buffer;if(argc > 1)max = atoi(argv[1]);while((buffer=malloc(1024*1024)) != NULL && mb != max) {memset(buffer, 0, 1024*1024);mb++;printf("Allocated %d MB\n", mb);}return 0;
}

4. 编译

编译c程序

gcc munch.c -o munch

5. 执行

./munch 或者./munch 60000

这块根据自己的服务器配置来写，我这里让程序去占用60G内存，这样可能用到swap 分区。

6. 查看内存

这里建议开启两个终端窗口，一个用来执行代码，一个用来查看内存情况。

free -g

可以看到swap分区已经显示正常了。

7. 修改交换分区使用频率

echo 1 > /proc/sys/vm/swappiness

这里有个注意点，当swap分区显示正常后，如果我们再次关闭交换分区，那个这个异常问题还是会复现，所以在这里就不关闭交换分区了，只是调小交换分区的使用频繁。

总结：

在内存急速被占尽的情况下, 由于旧版本 kernel 的函数处理可能会引起该问题的发生, 进而造成 /proc/meminfo 数据信息的异常, 最后导致 free 命令的错误. 如果要杜绝该现象, 需要将 kernel 升级到 kernel-2.6.32-573.7.1 版本. 另外也应该尽量避免运行急速消耗内存的进程.

错误：

问题一：
在编译c程序时，报gcc commands not found。

出现以上问题的原因是系统没有安装gcc编译器所以需要安装，可以使用yum源进行安装；

yum -y install gcc+ gcc-c++

参考：

https://blog.arstercz.com/free-%E5%91%BD%E4%BB%A4%E6%98%BE%E7%A4%BA-swap-%E4%BF%A1%E6%81%AF%E5%BC%82%E5%B8%B8%E5%A4%84%E7%90%86/
https://www.linuxatemyram.com/play.html