在做进程安全监控的时候,拍脑袋决定的,如果发现一个进程在D状态时,即TASK_UNINTERRUPTIBLE(不可中断的睡眠状态),时间超过了8min,就将系统panic掉。恰好DB组做日志时,将整个log缓存到内存中,最后刷磁盘,结果系统就D状态了很长时间,自然panic了,中间涉及到Linux的缓存写回刷磁盘的一些机制和调优方法,写一下总结。

目前机制需要将脏页刷回到磁盘一般是以下情况:

  1. 脏页缓存占用的内存太多,内存空间不足;
  2. 脏页已经更改了很长时间,时间上已经到了临界值,需要及时刷新保持内存和磁盘上数据一致性;
  3. 外界命令强制刷新脏页到磁盘
  4. write写磁盘时检查状态刷新

内核使用pdflush线程刷新脏页到磁盘,pdflush线程个数在2和8之间,可以通过/proc/sys/vm/nr_pdflush_threads文件直接查看,具体策略机制参看源码函数__pdflush。

一、内核其他模块强制刷新

先说一下第一种和第三种情况:当内存空间不足或外界强制刷新的时候,脏页的刷新是通过调用wakeup_pdflush函数实现的,调用其函数的有do_sync、free_more_memory、try_to_free_pages。wakeup_pdflush的功能是通过background_writeout的函数实现的:

background_writeout进到一个死循环里面,通过get_dirty_limits获取脏页开始刷新的临界值background_thresh,即为dirty_background_ratio的总内存页数百分比,可以通过proc接口/proc/sys/vm/dirty_background_ratio调整,一般默认为10。当脏页超过临界值时,调用writeback_inodes写MAX_WRITEBACK_PAGES(1024)个页,直到脏页比例低于临界值。

二、内核定时器启动刷新

内核在启动的时候在page_writeback_init初始化wb_timer定时器,超时时间是dirty_writeback_centisecs,单位是0.01秒,可以通过/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs调节。wb_timer的触发函数是wb_timer_fn,最终是通过wb_kupdate实现。

上面的代码没有拷贝全。内核首先将超级块信息刷新到文件系统上,然后获取oldest_jif作为wbc的参数只刷新已修改时间大于dirty_expire_centisecs的脏页,dirty_expire_centisecs参数可以通过/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs调整。

三、WRITE写文件刷新缓存

用户态使用WRITE函数写文件时也有可能要刷新脏页,generic_file_buffered_write函数会在将写的内存页标记为脏之后,根据条件刷新磁盘以平衡当前脏页比率,参看balance_dirty_pages_ratelimited函数:

balance_dirty_pages_ratelimited函数通过ratelimit_pages调节刷新(调用balance_dirty_pages函数)的次数,每ratelimit_pages次调用才会刷新一次,具体刷新过程看balance_dirty_pages函数:

函数走进一个死循环,通过get_dirty_limits获取dirty_background_ratio和dirty_ratio对应的内存页数值,当24行做判断,如果脏页大于dirty_thresh,则调用writeback_inodes开始刷缓存到磁盘,如果一次没有将脏页比率刷到dirty_ratio之下,则用blk_congestion_wait阻塞写,然后反复循环,直到比率降低到dirty_ratio;当比率低于dirty_ratio之后,但脏页比率大于dirty_background_ratio,则用pdflush_operation启用background_writeout,pdflush_operation是非阻塞函数,唤醒pdflush后直接返回,background_writeout在有pdflush调用。

如此可知:WRITE写的时候,缓存超过dirty_ratio,则会阻塞写操作,回刷脏页,直到缓存低于dirty_ratio;如果缓存高于background_writeout,则会在写操作时,唤醒pdflush进程刷脏页,不阻塞写操作。

四,问题总结

导致进程D状态大部分是因为第3种和第4种情况:有大量写操作,缓存由Linux系统管理,一旦脏页累计到一定程度,无论是继续写还是fsync刷新,都会使进程D住。


Linux缓存写回机制来自于OenHan

链接为:http://oenhan.com/linux-cache-writeback

发表评论