如何通過閱讀源代碼了解 vmstat 中的指標

vmstat -a 命令能看到 active memory 和 inactive memory，但是它們是什麼意思呢？

1. $ vmstat-a
2. procs -----------memory-------------swap-------io-----system--------cpu-----
3. r b swpd free inact active si so bi bo in cs us sy id wa st
4. 1013809631956013724081757848002323109900

它們的含義在 manpage 中只給了簡單的說明，並未詳細解釋：

inact: the amount of inactive memory. (-a option)
active: the amount of active memory. (-a option)

在此我們試圖准確理解它的含義。通過閱讀 vmstat 的源代碼 (vmstat.c 和 proc/sysinfo.c)得知，vmstat 命令是直接從 /proc/meminfo 中獲取的數據：

1. $ grep-i act /proc/meminfo
2. Active:1767928 kB
3. Inactive:1373760 kB

而/proc/meminfo 的數據是在以下內核函數中生成的：

1. fs/proc/meminfo.c:
2. ==================
3. 0023staticint meminfo_proc_show(struct seq_file *m,void*v)
4. 0024{
5. ...
6. 0032unsignedlong pages[NR_LRU_LISTS];
7. ...
8. 0051for(lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
9. 0052 pages[lru]= global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
10. ...
11. 0095"Active: %8lu kB\n"
12. 0096"Inactive: %8lu kB\n"
13. 0097"Active(anon): %8lu kB\n"
14. 0098"Inactive(anon): %8lu kB\n"
15. 0099"Active(file): %8lu kB\n"
16. 0100"Inactive(file): %8lu kB\n"
17. ...
18. 0148 K(pages[LRU_ACTIVE_ANON]+ pages[LRU_ACTIVE_FILE]),
19. 0149 K(pages[LRU_INACTIVE_ANON]+ pages[LRU_INACTIVE_FILE]),
20. 0150 K(pages[LRU_ACTIVE_ANON]),
21. 0151 K(pages[LRU_INACTIVE_ANON]),
22. 0152 K(pages[LRU_ACTIVE_FILE]),
23. 0153 K(pages[LRU_INACTIVE_FILE]),

這段代碼的意思是統計所有的 LRU list，其中 Active Memory 等於 ACTIVE_ANON 與 ACTIVE_FILE 之和，Inactive Memory 等於 INACTIVE_ANON 與 INACTIVE_FILE 之和。

LRU list 是 Linux 內核的內存頁面回收算法（Page Frame Reclaiming Algorithm）所使用的數據結構，LRU 是 Least Recently Used 的縮寫詞。這個算法的核心思想是：回收的頁面應該是最近使用得最少的。

為了實現這個目標，最理想的情況是每個頁面都有一個年齡項，用於記錄最近一次訪問頁面的時間，可惜 x86 CPU 硬件並不支持這個特性，x86 CPU 只能做到在訪問頁面時設置一個標志位 Access Bit，無法記錄時間。

所以 Linux 內核使用了一個折衷的方法：它采用了 LRU list 列表，把剛訪問過的頁面放在列首，越接近列尾的就是越長時間未訪問過的頁面，這樣，雖然不能記錄訪問時間，但利用頁面在 LRU list 中的相對位置也可以輕松找到年齡最長的頁面。

Linux 內核設計了兩種 LRU list: active list 和 inactive list, 剛訪問過的頁面放進 active list，長時間未訪問過的頁面放進 inactive list，這樣從 inactive list 回收頁面就變得簡單了。內核線程 kswapd 會周期性地把 active list 中符合條件的頁面移到 inactive list 中，這項轉移工作是由 refill_inactive_zone() 完成的。這段代碼的意思是統計所有的 LRU list，其中Active Memory 等於 ACTIVE_ANON 與 ACTIVE_FILE 之和，Inactive Memory 等於 INACTIVE_ANON 與 INACTIVE_FILE 之和。

LRU list 示意圖

LRU_list

vmstat 看到的 active/inactive memory 就分別是 active list 和 inactive list 中的內存大小。如果 inactive list 很大，表明在必要時可以回收的頁面很多；而如果 inactive list 很小，說明可以回收的頁面不多。

Active/inactive memory 是針對用戶進程所占用的內存而言的，內核占用的內存（包括 slab）不在其中。

至於在源代碼中看到的 ACTIVE_ANON 和 ACTIVE_FILE，分別表示 anonymous pages 和 mapped pages。用戶進程的內存頁分為兩種：與文件關聯的內存（比如程序文件、數據文件所對應的內存頁）和與文件無關的內存（比如進程的堆棧，用 malloc 申請的內存），前者稱為 file pages 或 mapped pages，後者稱為 anonymous pages。file pages 在發生換頁(page-in 或 page-out)時，是從它對應的文件讀入或寫出；anonymous pages 在發生換頁時，是對交換區進行讀/寫操作。