系统技术非业余研究

大型的服务器，特别是数据库服务器的主要瓶颈主要在内存，CPU，以及IO上。CPU是可再生资源，不够用等等就有了；内存和土地一样是不可再生资源，被占用了，后续的使用必须等到该资源释放.而IO也非常依赖于内存的使用情况,故内存的倒腾效率会大大影响服务器的效率,那么了解服务器内存的使用情况就非常重要。

Linux内核的内存相关的信息主要有下面几个获取管道，这里我们主要讨论的是系统级别的，没具体到各个进程级别：

1. 内核启动时候，VM内存相关模块初始化信息，透过dmesg查看。
详细描述可参考这里
比如：

NUMA: Using 30 for the hash shift.
Bootmem setup node 0 0000000000000000-0000000340000000
Bootmem setup node 1 0000000340000000-0000000640000000
On node 0 totalpages: 3095549
DMA zone: 2613 pages, LIFO batch:0
DMA32 zone: 765896 pages, LIFO batch:31
Normal zone: 2327040 pages, LIFO batch:31
On node 1 totalpages: 3102720
Normal zone: 3102720 pages, LIFO batch:31
…
Memory: 24543920k/26214400k available (2547k kernel code, 612792k reserved, 1289k data, 208k init)
…
Total HugeTLB memory allocated, 0
…

2. /proc/meminfo。
每个字段的意思，可参考这里
比如：
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最近公司在MySQL的数据库上由于采用了高速的如PCIe卡以及大内存，去年在压力测试的时候突然发现数据库的流量可以把一个千M网卡压满了。随着数据库的优化，现在流量可以达到150M，所以我们采用了双网卡，在交换机上绑定，做LB的方式，提高系统的吞吐量。

但是在最近压测试的一个数据库中，mpstat发现其中一个核的CPU被软中断耗尽：

Mysql QPS 2W左右

——– —–load-avg—- —cpu-usage— —swap— -QPS- -TPS- -Hit%-
time | 1m 5m 15m |usr sys idl iow| si so| ins upd del sel iud| lor hit|
13:43:46| 0.00 0.00 0.00| 67 27 3 3| 0 0| 0 0 0 0 0| 0 100.00|
13:43:47| 0.00 0.00 0.00| 30 10 60 0| 0 0| 0 0 0 19281 0| 326839 100.00|
13:43:48| 0.00 0.00 0.00| 28 10 63 0| 0 0| 0 0 0 19083 0| 323377 100.00|
13:43:49| 0.00 0.00 0.00| 28 10 63 0| 0 0| 0 0 0 19482 0| 330185 100.00|
13:43:50| 0.00 0.00 0.00| 26 9 65 0| 0 0| 0 0 0 19379 0| 328575 100.00|
13:43:51| 0.00 0.00 0.00| 27 9 64 0| 0 0| 0 0 0 19723 0| 334378 100.00|

mpstat -P ALL 1说：

针对这个问题，我们利用工具，特别是systemtap, 一步步来调查和解决问题。
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下午和周忱同学折腾复杂程序的内存泄漏问题，用了valgrind, gogle perftools等工具都不大好用，很容易把应用程序搞死，于是打算用systemtap来在libc.so层面了解内存的使用情况。主要思路就是看malloc/realloc和free的调用次数的平衡。

首先准备下环境，系统是标准的RHEL 5u4：

$ uname -r
2.6.18-164.el5

$ stap -V
SystemTap translator/driver (version 1.3/0.137 non-git sources)
Copyright (C) 2005-2010 Red Hat, Inc. and others
This is free software; see the source for copying conditions.
enabled features: LIBRPM LIBSQLITE3 NSS BOOST_SHARED_PTR TR1_UNORDERED_MAP
$stap -L  'kernel.function("printk")'
kernel.function("printk@kernel/printk.c:533") $fmt:char const* $args:va_list

$ stap -L  'process("/lib64/libc.so.6").function("malloc")'
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.5-42.x86_64 

内核的符号是OK的，glibc没有安装符号。系统提示用 debuginfo-install glibc-2.5-42.x86_64 命令安装符号信息，但是RHEL 5不交钱不能用这个服务的，只能自己下载包安装。
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《debug hacks》 这本书介绍了非常多的调试手段和工具， 其中提到了stress这个简单的压力测试工具，在我们的日常工作中很有用。利用它可以给我们的系统施加CPU，内存,IO和磁盘的压力，在模拟极端场景给应用系统造成的压力方面很有帮助。

主页见这里：http://weather.ou.edu/~apw/projects/stress/
这里还有一篇介绍如何使用的博客。

stress is a deliberately simple workload generator for POSIX systems. It imposes a configurable amount of CPU, memory, I/O, and disk stress on the system. It is written in C, and is free software licensed under the GPLv2.

这个stress实现非常的简单，所有的功能在一个.c文件里面实现， 系统运行的时候会fork多个子进程，分别进行CPU,内存，IO方面的折磨。
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随着包括存储设备在内服务器的能力越来越高，特别是用上了PCIe存储卡后，IOPS能力通常有10几万，马上过剩。在这种情况下，一台服务器可以干很多事情，在上面跑很多服务。那么如何保证系统的服务质量是个很重要的事情了。

我们在下来的的项目中倾向于用cgroup来做资源的隔离和限制，原因是cgroup的开销很小，而且很易用。cgroup 可以参考这里

我们特别关心cgroup的blkio子模块，他有2种限制模式:
1. throttle，限制每个进程能使用的IOPS或者吞吐量。
2. weight，现在每个进程能使用的IOPS的能力的比例，必须通过CFQ调度器来实现。
文档和具体的参数可以看上面提到的cgroup文档。

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