一、 問(wèn)題現(xiàn)象

客戶收到系統(tǒng)告警，K8S 集群某些節(jié)點(diǎn) used 內(nèi)存持續(xù)升高，top 查看進(jìn)程使用的內(nèi)存并不多，剩余內(nèi)存不足卻找不到內(nèi)存的使用者，內(nèi)存神秘消失，需要排查內(nèi)存去哪兒了。

執(zhí)行 top 指令并按內(nèi)存排序輸出，內(nèi)存使用最多的進(jìn)程才 800M 左右，加起來(lái)遠(yuǎn)達(dá)不到 used 9G 的使用量。

二、問(wèn)題分析

2.1 內(nèi)存去哪兒了？

在分析具體問(wèn)題前，我們先把系統(tǒng)內(nèi)存分類，便于找到內(nèi)存使用異常的地方，從內(nèi)存使用性質(zhì)上，可以簡(jiǎn)單把內(nèi)存分為應(yīng)用內(nèi)存和內(nèi)核內(nèi)存，兩種內(nèi)存使用量加上空閑內(nèi)存，應(yīng)該接近于 memory total，這樣區(qū)分能夠快速定位問(wèn)題的邊界。

其中 allocpage 指通過(guò) __get_free_pages/alloc_pages 等 API 接口直接從伙伴系統(tǒng)申請(qǐng)的內(nèi)存量(不包含 slab 和 vmalloc)。

2.1.1 內(nèi)存分析

根據(jù)內(nèi)存大圖分別計(jì)算應(yīng)用內(nèi)存和內(nèi)核內(nèi)存，就可以知道是哪部分存在異常，但這些指標(biāo)計(jì)算比較繁瑣，很多內(nèi)存值還存在重疊。針對(duì)這個(gè)痛點(diǎn)，SysOM 運(yùn)維平臺(tái)的內(nèi)存大盤功能以可視化的方式展示內(nèi)存的使用情況，并直接給出內(nèi)存是否存在泄漏，本案例中，使用 SysOM 檢測(cè)，直接顯示 allocpage 存在泄漏，使用量接近 6G。

2.1.2 allocpage 內(nèi)存

那既然是 alloc page 類型的內(nèi)存占用多，是否可以直接從 sysfs、procfs 文件節(jié)點(diǎn)查看其內(nèi)存使用了？很遺憾，這部分內(nèi)存是內(nèi)核/驅(qū)動(dòng)直接調(diào)用 __get_free_page/alloc_pages 等函數(shù)從伙伴系統(tǒng)申請(qǐng)單個(gè)或多個(gè)連續(xù)的頁(yè)面，系統(tǒng)層面沒(méi)有接口查詢這部分內(nèi)存使用詳情。如果這類內(nèi)存存在泄漏，就會(huì)出現(xiàn)"內(nèi)存憑空消失"的現(xiàn)象，比較難發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題原因也難排查。針對(duì)這個(gè)難點(diǎn)，我們的SysOM系統(tǒng)運(yùn)維能夠覆蓋這類內(nèi)存統(tǒng)計(jì)和原因診斷。

所以需要進(jìn)一步通過(guò)SysOM的診斷利器 SysAK 動(dòng)態(tài)抓取這類內(nèi)存的使用情況。

2.2 allocPage 類型內(nèi)存排查

2.2.1 動(dòng)態(tài)診斷

對(duì)于內(nèi)核內(nèi)存泄漏，我們直接可以使用SysAK工具來(lái)動(dòng)態(tài)追蹤，啟動(dòng)命令并等待 10 分鐘。

sysak memleak -t page -i 600

診斷結(jié)果顯示 10 分鐘內(nèi) receive_mergeable 函數(shù)分配的內(nèi)存有 4919 次沒(méi)有釋放，內(nèi)存大小在 300M 左右，分析到這里，我們就需要結(jié)合代碼來(lái)確認(rèn) receive_mergeable 函數(shù)的內(nèi)存分配和釋放邏輯是否正確。

2.2.2 分配和釋放總結(jié)

1）page_to_skb 每次會(huì)分配一個(gè)線性數(shù)據(jù)區(qū)為 128 Byte 的 skb。

2）數(shù)據(jù)區(qū)調(diào)用 alloc_pages_node 函數(shù)，一次性從伙伴系統(tǒng)申請(qǐng) 32k 內(nèi)存(order=3)。

3）每個(gè) skb 會(huì)對(duì) 32k 的 head page 產(chǎn)生一次引用計(jì)數(shù)，也就是只有當(dāng)所有 skb 都釋放時(shí)，這 32k 內(nèi)存才釋放回伙伴系統(tǒng)。

4）receive_mergeable 函數(shù)負(fù)責(zé)申請(qǐng)內(nèi)存，但不負(fù)責(zé)釋放這部分內(nèi)存，只有當(dāng)應(yīng)用從 socket recvQ 中把數(shù)據(jù)讀走才會(huì)對(duì) head page 引用計(jì)數(shù)減一，當(dāng) page refs 為 0 時(shí)，釋放回伙伴系統(tǒng)。

當(dāng)應(yīng)用消費(fèi)數(shù)據(jù)比較慢，可能會(huì)導(dǎo)致 receive_mergeable 函數(shù)申請(qǐng)的內(nèi)存釋放不及時(shí)，而且最壞情況一個(gè) skb 會(huì)占用 32k 內(nèi)存，使用 sysak skcheck 檢查 socket 接收隊(duì)列和發(fā)送隊(duì)列殘留情況。

從輸出可以知道，系統(tǒng)中只有 nginx 進(jìn)程的接收隊(duì)列有殘留數(shù)據(jù)，socket fd=11 的 Recv-Q 有接近 3M 的數(shù)據(jù)沒(méi)有接收，通過(guò)直接 kill 146935，系統(tǒng)內(nèi)存恢復(fù)正常了，所以問(wèn)題根本原因就是 nginx 沒(méi)有及時(shí)收走數(shù)據(jù)了。

三、問(wèn)題結(jié)論

經(jīng)過(guò)與業(yè)務(wù)方溝通，最終確認(rèn)是業(yè)務(wù)配置問(wèn)題，導(dǎo)致 nginx 有一個(gè)線程沒(méi)有處理數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)申請(qǐng)的內(nèi)存沒(méi)有及時(shí)釋放，而 allocpage 內(nèi)存又是無(wú)法統(tǒng)計(jì)的，從而出現(xiàn)內(nèi)存憑空消失的現(xiàn)象。

3.1 結(jié)論驗(yàn)證

接收隊(duì)列真的有數(shù)據(jù)殘留嗎，這里結(jié)合 crash 工具的 files 指令通過(guò) fd 找到對(duì)應(yīng)的sock：

通過(guò)多次觀察，發(fā)現(xiàn) sk_receive_queue 上的 skb 長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有變化，這也證明了 nginx 沒(méi)有及時(shí)處理接收隊(duì)列上的 skb，導(dǎo)致在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)中分配的內(nèi)存沒(méi)有釋放。

四、內(nèi)存泄漏疑點(diǎn)

在排查過(guò)程還遇到一個(gè)非常較困惑的地方，sockstat 和 slabtop 看檢查 tcp mem 和 skbuff_head_cache 使用都很正常，導(dǎo)致進(jìn)一步掩蓋了網(wǎng)絡(luò)占用的內(nèi)存。

tcp mem = 32204*4K=125M

skb 數(shù)量在 1.5萬(wàn)~3 萬(wàn)之間。

按照前面分析，一個(gè)skb最壞情況占用 32k 內(nèi)存，那么 2 萬(wàn)個(gè) skb 最大也就占 600M 左右，怎么會(huì)占用幾個(gè) G 了，難道分析有問(wèn)題？如下圖所示，skb 的非線性區(qū)可能還存在若干個(gè) frag page，而每個(gè) frag page 又可能由 compund page 組成。

用 crash 實(shí)際讀取 skb 內(nèi)存發(fā)現(xiàn)，有些 skb 存在 17 個(gè) frag page，并且數(shù)據(jù)大小只有 10 Byte。

解析 frag page 的 order 為 3，意味著一個(gè) frag page 占用 32k 內(nèi)存。

極端情況下，一個(gè) skb 可能占用(1+17)*8=144 頁(yè)，上圖 slabinfo 中skbuff_head_cache 活躍 object 數(shù)量為 15033 個(gè)，所以理論最大總內(nèi)存 =144*15033*4K = 8.2G，而我們現(xiàn)在遇到的場(chǎng)景消耗 6G 的內(nèi)存是完全有可能的。



審核編輯：劉清