合理利用和优化pagecache

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大纲

pagecache科普

系统全局的pagecache和优化

基于文件的pagecache和优化

 

pagecache 科普

linux对文件的访问除了显示使用O_DIRECT标志，所有的访问都会经过pagecache。例如open一个文件，通过read系统调用读取数据的流程：

用户态发起read操作，传入要读取的文件的fd、偏移以及数据存储空间

陷入内核态vfs_read函数，generic_file_aio_read-->do_generic_file_read

do_generic_file_read的流程可以简化如下：

start:

if (pagecache中存在文件和偏移的页面) {

        进行相应的预读策略，并将相应的内容读取到用户指定空间

} else {

       生成通用块层读取策略，提交给通用块层，本进程进入uninterruptible状态，等待读取完成。

     goto start;

}

从上面的流程可以看出，在非DIRECT方式下，磁盘文件操作都是经过pagecache的。

每个文件在内存中最多有一个pagecache镜像，也就是说对应同一个文件，所有的进程共享pagecache。后面讲到的vmtouch正式利用这个特性才得以正常工作。

如果pagecache能够合理的存储文件的话，会极大的提供进程运行的效率（内存操作效率 >> 磁盘操作效率）。

 

 

 

系统全局的pagecache和优化

free

/proc/sys/vm/drop_caches

/proc/sys/vm/pagecache_limit_mb

通过free命令可以看到当前系统下总共有多少内存用于pagecache

linux-19:~ # free

                        total       used       free     shared    buffers     cached

Mem:       8057748    6803284    1254464          0     430468    4896108

-/+ buffers/cache:    1476708    6581040

Swap:      8393920       8824    8385096

 

从命令的输出可以看到总共有4G多的内存用于pagecache。

虽然pagecache可以显著的优化对文件操作的性能，但是过多的pagecache会导致系统空闲内存减少，影响操作系统的整体性能，比如当空闲内存减少后会影响未进入pagecache的文件的读取性能。

我们可以通过命令强制内核释放掉pagecache，命令如下所示：

echo “1” > /proc/sys/vm/drop_caches

上述命令执行完后，会暂时释放掉pagecache，如果要想一直保证系统有足够的空闲内存，可以通过一个crontab来定时执行上面的命令（这可不是内核的风格^_^）。于是Vaidyananthan Srinivasan添加了一个参数pagecache_limit_mb来防止pagecache积聚导致系统性能下降的问题（从2.6.20内核开始演进过来，之前的参数包括pagecache_ratio，不过最新的内核都删除了这些参数，使用了cleancache）。

关于pagecache_limit_mb参加附录1，关于cleancache参加附录2

基于文件的pagecache和优化

vmtouch

在做性能优化的时候，经常会用到查看特定的某些文件的pagecache情况，那么内核是不是提供相应的工具呢？

很遗憾，或许是因为这个工具太过简单，以至于一直没能进入内核的tools列表。关于这个工具的代码详见附录3

这个工具提供了查看指定文件的pagecache情况，以及强制对文件进行pagecache和清除pagecache。这里主要使用了两个系统调用mincore和posix_fadvise。

例如查看文件file1的pagecache情况

linux-12:~/performance/testfile # /root/vmtouch file1

           Files: 1

     Directories: 0

  Resident Pages: 302428/302428  1G/1G  100%

         Elapsed: 0.025512 seconds

从这里可以看出，文件file1一共有302428个页面，全部都在内存里面。

 

附录1

pagecache-limit.txt

附录2

cleancache.txt

附录3