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分类: 系统运维

2008-06-16 20:27:17

内容提要:
用户在使用WebSphere Application Server(以下简称WAS)运行自己应用的时候经常会碰到Out Of Memory的问题(简称OOM问题),其中很大一部分的情况是Java堆空间碎片问题引起的OOM问题。IBM JDK 1.4.2的版本中JDK对GC的行为做出了一定的改进。其中一些JDK参数的引进可以改善Java堆空间的碎片问题。
本文首先会给出IBM JDK 1.4.2中对于K簇(k-cluster)和P簇(p-cluster)工作模式的解释。然后在此基础上介绍JDK 1.4.2为解决碎片问题采取的新算法。最后,给出WAS中为改善Java堆空间碎片问题使用的JDK运行参数。

正文:
一、K簇和P簇
在Java堆空间中分配的内存对象通常是可以移动,如果垃圾回收程序(garbage collector)决定重新序列化堆空间的时候,可以四处移动这些对象。然而,有些对象永远或者临时无法移动。这些固定不动的对象就是常说的pin对象(pinned object)。
在IBM JDK 1.4.2中,垃圾回收程序首先会分配一个K簇作为堆空间底部的第一个对象。K簇是专门用来存储“类块”(class block)的区域。K簇可以容纳1280个类块条目。每个类块的大小是256个字节。紧接着垃圾回收程序会分配一个P簇作为堆空间中的第2个对象。P簇是用来存储pin对象的区域。第一个P簇的默认大小为16KB。
当K簇满了的情况下,垃圾回收程序在P簇中继续分配类块。当P簇满了的情况下,垃圾回收程序会分配一个大小为2KB的新P簇。由于这些新的P簇可以被分配到任何地方而且又不能被移动,这就造成了碎片的问题。

二、pinnedFreeList算法
为了解决这些问题,IBM JDK 1.4.2版本中起用了pinnedFreeList来改变P簇的分配方法。方法的关键是在每一次GC(garbage collection)后,垃圾回收程序从未分配列表的底部分配一些存储区并把它们串到pinnedFreeList上。分配P簇的请求将从pinnedFreeList分配空间,而其他分配内存的请求将从堆的未分配列表上分配。无论堆的未分配列表或者pinnedFreeList被耗尽,垃圾回收程序都会造成一次分配失败并且引起GC。这种方法确保所有的P簇被分配在堆空间尽可能低的位置。
垃圾回收程序按照如下的算法确定给pinnedFreeList分配多少存储空间:
●        初始分配的空间是50KB
●        如果不是初始分配并且pinnedFreeList为空,那么垃圾回收程序会比较50KB和从上一次GC到现在总共分配P簇大小5倍的数值,按照较大的数值分配
●        如果不是初始分配并且pinnedFreeList不为空,那么垃圾回收程序会比较P簇溢出设定值(默认为2K)和从上一次GC到现在总共分配P簇大小5倍的数值,按照较大的数值分配
这一算法在应用需要加载很多类的情况下会增大pinnedFreeList的大小。这样可以避免由于pinnedFreeList耗尽引起的分配失败。同时算法在分配很少P簇的情况下会减少pinnedFreeList的大小。这样可以避免pinnedFreeList占用过多的堆空间。
buildPinnedFreeList函数利用上面的算法构建pinnedFreeList。这个函数在如下地方会被调用:
●        在初始化簇(initializeClusters)时
●        在堆空间扩展(expandHeap)结束时
●        在gc0_locked结束时
垃圾回收程序通过调用nextPinnedCluster函数在pinnedFreeList中分配P簇。这个函数的工作方式类似于nextTLH工作方式:总是从pinnedFreeList获取下一个空的块。如果pinnedFreeList空了,会产生manageAllocFailure。
在realObjCAlloc里,如果在P簇中没有空间了,垃圾回收程序就会调用nextPinnedCluster函数分配一个新的P簇。
在初始化簇(initializeClusters)时,垃圾回收程序调用nextPinnedCluster,nextPinnedCluster会分配一个50K大小的初始P簇,因为pinnedFreeList中唯一的空余块的大小是50K。空余块的大小等于50K是因为pinnedFreeList在初始状态下被设置为50K。
 
三、调整Java运行参数
对于一个大的Java应用,比如:WAS,默认的K簇可能不足以分配所有的类块。在IBM JDK 1.4.2版本中,可以通过使用-Xk和-Xp命令行参数来设定K簇和P簇的大小,例如:
-Xknnnn
其中nnnn代表K簇中可以容纳的类块的最大数目。通过添加Java的运行是参数-Dibm.dg.trc.print=st_verify  可以在GC的详细信息中得到合适nnnn的值,例如:

pinned和classes的数值可以为-Xk的正确数值提供参考。一般推荐使用classes(3955)数值的110%左右,所以在这个例子中-Xk4200是一个合适的设置。
尽管,pinned和classes的数值之间的差值给pCluster的初始大小提供了线索。但是,因为每一个对象可能有不同的大小,所以很难预测P簇所需要的大小和P簇溢出的大小。用户可以通过-Xp命令行参数-Xp设定P簇的初始大小和溢出大小。例如:
-Xpiiii[K][,oooo[K]]
其中,iiii代表P簇的初始大小,单位是KB,oooo是可选的,代表溢出P簇(后续的P簇)的大小。iiii和oooo的默认值为16KB和2KB。
如果用户的应用确实遇到了堆空间碎片的问题,可以考虑打开GC的详细信息并使用-Dibm.dg.trc.print=st_verify参数,并从分析值中得到合适的-Xk值。如果问题依旧存在,可以考虑试验加大P簇的初始大小和溢出大小。

考虑的建议值:
-Xk20000 -Xp20000K, 256K
 
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