pin*_*ngu 18 linux xfs fragmentation linux-kernel ceph
对 linux IO 系统有一定经验的人的任何见解都会有所帮助。这是我的故事：
最近建立了一个由六个 Dell PowerEdge rx720xds 组成的集群，通过 Ceph 提供文件。这些机器在两个插槽上有 24 个内核，有两个 numa 区域和 70 GB 的内存。磁盘被格式化为一个磁盘的突袭（否则我们看不到直接暴露它们的方法）。网络由 mellanox infiniband IP over IB 提供（IP 数据包在内核领域变成 IB，而不是硬件）。
我们将每个 SAS 驱动器安装如下：
# cat /proc/mounts | grep osd
/dev/sdm1 /var/lib/ceph/osd/ceph-90 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdj1 /var/lib/ceph/osd/ceph-87 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdu1 /var/lib/ceph/osd/ceph-99 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdd1 /var/lib/ceph/osd/ceph-82 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdk1 /var/lib/ceph/osd/ceph-88 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdl1 /var/lib/ceph/osd/ceph-89 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdh1 /var/lib/ceph/osd/ceph-86 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdo1 /var/lib/ceph/osd/ceph-97 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdc1 /var/lib/ceph/osd/ceph-81 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdb1 /var/lib/ceph/osd/ceph-80 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sds1 /var/lib/ceph/osd/ceph-98 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdn1 /var/lib/ceph/osd/ceph-91 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sde1 /var/lib/ceph/osd/ceph-83 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdq1 /var/lib/ceph/osd/ceph-93 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdg1 /var/lib/ceph/osd/ceph-85 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdt1 /var/lib/ceph/osd/ceph-95 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdf1 /var/lib/ceph/osd/ceph-84 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdr1 /var/lib/ceph/osd/ceph-94 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdi1 /var/lib/ceph/osd/ceph-96 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/sdp1 /var/lib/ceph/osd/ceph-92 xfs rw,noatime,attr2,inode64,noquota 0 0
通过这些机器的 IO 以几百 MB/s 的速度爆发，但大部分时间都非常空闲，有很多小“戳”：
# iostat -x -m
Linux 3.10.0-123.el7.x86_64 (xxx) 07/11/14 _x86_64_ (24 CPU)
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
1.82 0.00 1.05 0.11 0.00 97.02
Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rMB/s wMB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
sda 0.00 0.11 0.25 0.23 0.00 0.00 27.00 0.00 2.07 3.84 0.12 0.61 0.03
sdb 0.02 0.57 3.49 2.28 0.08 0.14 77.18 0.01 2.27 2.99 1.18 1.75 1.01
sdd 0.03 0.65 3.93 3.39 0.10 0.16 70.39 0.01 1.97 2.99 0.79 1.57 1.15
sdc 0.03 0.60 3.76 2.86 0.09 0.13 65.57 0.01 2.10 3.02 0.88 1.68 1.11
sdf 0.03 0.63 4.19 2.96 0.10 0.15 73.51 0.02 2.16 3.03 0.94 1.73 1.24
sdg 0.03 0.62 3.93 3.01 0.09 0.15 70.44 0.01 2.06 3.01 0.81 1.66 1.15
sde 0.03 0.56 4.35 2.61 0.10 0.14 69.53 0.02 2.26 3.00 1.02 1.82 1.26
sdj 0.02 0.73 3.67 4.74 0.10 0.37 116.06 0.02 1.84 3.01 0.93 1.31 1.10
sdh 0.03 0.62 4.31 3.04 0.10 0.15 67.83 0.02 2.15 3.04 0.89 1.75 1.29
sdi 0.02 0.59 3.82 2.47 0.09 0.13 74.35 0.01 2.20 2.96 1.03 1.76 1.10
sdl 0.03 0.59 4.75 2.46 0.11 0.14 70.19 0.02 2.33 3.02 1.00 1.93 1.39
sdk 0.02 0.57 3.66 2.41 0.09 0.13 73.57 0.01 2.20 3.00 0.97 1.76 1.07
sdm 0.03 0.66 4.03 3.17 0.09 0.14 66.13 0.01 2.02 3.00 0.78 1.64 1.18
sdn 0.03 0.62 4.70 3.00 0.11 0.16 71.63 0.02 2.25 3.01 1.05 1.79 1.38
sdo 0.02 0.62 3.75 2.48 0.10 0.13 76.01 0.01 2.16 2.94 0.99 1.70 1.06
sdp 0.03 0.62 5.03 2.50 0.11 0.15 68.65 0.02 2.39 3.08 0.99 1.99 1.50
sdq 0.03 0.53 4.46 2.08 0.09 0.12 67.74 0.02 2.42 3.04 1.09 2.01 1.32
sdr 0.03 0.57 4.21 2.31 0.09 0.14 72.05 0.02 2.35 3.00 1.16 1.89 1.23
sdt 0.03 0.66 4.78 5.13 0.10 0.20 61.78 0.02 1.90 3.10 0.79 1.49 1.47
sdu 0.03 0.55 3.93 2.42 0.09 0.13 70.77 0.01 2.17 2.97 0.85 1.79 1.14
sds 0.03 0.60 4.11 2.70 0.10 0.15 74.77 0.02 2.25 3.01 1.10 1.76 1.20
sdw 1.53 0.00 0.23 38.90 0.00 1.66 87.01 0.01 0.22 0.11 0.22 0.05 0.20
sdv 0.88 0.00 0.16 28.75 0.00 1.19 84.55 0.01 0.24 0.10 0.24 0.05 0.14
dm-0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 1.84 1.84 0.00 1.15 0.00
dm-1 0.00 0.00 0.23 0.29 0.00 0.00 23.78 0.00 1.87 4.06 0.12 0.55 0.03
dm-2 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.47 0.47 0.00 0.45 0.00
大约 48 小时后，连续页面非常碎片化，以至于 magniutde 四个（16 个页面，65536 字节）分配开始失败，我们开始丢弃数据包（由于 SLAB 增长时 kalloc 失败）。
这是一个相对“健康”的服务器的样子：
# cat /sys/kernel/debug/extfrag/unusable_index
Node 0, zone DMA 0.000 0.000 0.000 0.001 0.003 0.007 0.015 0.031 0.031 0.096 0.225
Node 0, zone DMA32 0.000 0.009 0.015 0.296 0.733 0.996 0.997 0.998 0.998 1.000 1.000
Node 0, zone Normal 0.000 0.000 0.019 0.212 0.454 0.667 0.804 0.903 0.986 1.000 1.000
Node 1, zone Normal 0.000 0.027 0.040 0.044 0.071 0.270 0.506 0.772 1.000 1.000 1.000
当碎片变得相当严重时，系统似乎开始在内核空间中旋转，一切都崩溃了。此故障期间的一个异常情况是 xfsaild 似乎使用了大量 CPU 并陷入不间断睡眠状态。不过，我不想在整个系统故障期间突然得出任何奇怪的结论。
为了确保这些分配不会失败，即使在碎片情况下，我设置：
vm.min_free_kbytes = 16777216
在 SLAB 缓存中看到数百万个 blkdev_requests 后，我尝试通过以下方式减少脏页：
vm.dirty_ratio = 1
vm.dirty_background_ratio = 1
vm.min_slab_ratio = 1
vm.zone_reclaim_mode = 3
可能一次更改太多变量，但以防万一 inode 和 dentries 导致碎片化，我决定将它们保持在最低限度：
vm.vfs_cache_pressure = 10000
这似乎有所帮助。尽管如此，碎片仍然很高，减少的 inode 和 dentry 问题意味着我注意到一些奇怪的事情，这让我......
为什么我有这么多 blkdev_requests（活跃的），当我删除缓存时就会消失？
这就是我的意思：
# slabtop -o -s c | head -20
Active / Total Objects (% used) : 19362505 / 19431176 (99.6%)
Active / Total Slabs (% used) : 452161 / 452161 (100.0%)
Active / Total Caches (% used) : 72 / 100 (72.0%)
Active / Total Size (% used) : 5897855.81K / 5925572.61K (99.5%)
Minimum / Average / Maximum Object : 0.01K / 0.30K / 15.69K
OBJS ACTIVE USE OBJ SIZE SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME
2565024 2565017 99% 1.00K 80157 32 2565024K xfs_inode
3295194 3295194 100% 0.38K 78457 42 1255312K blkdev_requests
3428838 3399527 99% 0.19K 81639 42 653112K dentry
5681088 5680492 99% 0.06K 88767 64 355068K kmalloc-64
2901366 2897861 99% 0.10K 74394 39 297576K buffer_head
34148 34111 99% 8.00K 8537 4 273184K kmalloc-8192
334768 334711 99% 0.57K 11956 28 191296K radix_tree_node
614959 614959 100% 0.15K 11603 53 92824K xfs_ili
21263 19538 91% 2.84K 1933 11 61856K task_struct
18720 18636 99% 2.00K 1170 16 37440K kmalloc-2048
32032 25326 79% 1.00K 1001 32 32032K kmalloc-1024
10234 9202 89% 1.88K 602 17 19264K TCP
22152 19765 89% 0.81K 568 39 18176K task_xstate
# echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches :(
# slabtop -o -s c | head -20
Active / Total Objects (% used) : 965742 / 2593182 (37.2%)
Active / Total Slabs (% used) : 69451 / 69451 (100.0%)
Active / Total Caches (% used) : 72 / 100 (72.0%)
Active / Total Size (% used) : 551271.96K / 855029.41K (64.5%)
Minimum / Average / Maximum Object : 0.01K / 0.33K / 15.69K
OBJS ACTIVE USE OBJ SIZE SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME
34140 34115 99% 8.00K 8535 4 273120K kmalloc-8192
143444 20166 14% 0.57K 5123 28 81968K radix_tree_node
768729 224574 29% 0.10K 19711 39 78844K buffer_head
73280 8287 11% 1.00K 2290 32 73280K xfs_inode
21263 19529 91% 2.84K 1933 11 61856K task_struct
686848 97798 14% 0.06K 10732 64 42928K kmalloc-64
223902 41010 18% 0.19K 5331 42 42648K dentry
32032 23282 72% 1.00K 1001 32 32032K kmalloc-1024
10234 9211 90% 1.88K 602 17 19264K TCP
22152 19924 89% 0.81K 568 39 18176K task_xstate
69216 59714 86% 0.25K 2163 32 17304K kmalloc-256
98421 23541 23% 0.15K 1857 53 14856K xfs_ili
5600 2915 52% 2.00K 350 16 11200K kmalloc-2048
这是说，我认为在blkdev_request积累是不是其实关系到脏页，而且该活动对象是不是真的活跃？如果这些对象实际上没有被使用，如何释放它们？这里发生了什么？
对于一些背景，这是 drop_caches 正在做的事情：
http://lxr.free-electrons.com/source/fs/drop_caches.c
确定它们可能不是 blkdev_requests，而是显示在该“标题”下的 xfs_buf 条目？不确定这是如何工作的：
/sys/kernel/slab # ls -l blkdev_requests(
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Nov 7 23:18 blkdev_requests -> :t-0000384/
/sys/kernel/slab # ls -l | grep 384
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Nov 7 23:18 blkdev_requests -> :t-0000384/
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Nov 7 23:19 ip6_dst_cache -> :t-0000384/
drwxr-xr-x 2 root root 0 Nov 7 23:18 :t-0000384/
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Nov 7 23:19 xfs_buf -> :t-0000384/
我仍然不知道为什么这些会被“drop_slabs”清除，或者如何找出导致这种碎片的原因。
如果您读到这里，感谢您的关注！
内存和 xfs 信息：https : //gist.github.com/christian-marie/f417cc3134544544a8d1
页面分配失败：https : //gist.github.com/christian-marie/7bc845d2da7847534104
http://ponies.io/raw/compaction.png
压缩代码似乎有点低效吧？我拼凑了一些代码来尝试复制失败的压缩：https : //gist.github.com/christian-marie/cde7e80c5edb889da541
这似乎重现了这个问题。
我还要注意，事件跟踪告诉我有很多失败的回收，一遍又一遍：
<...>-322 [023] .... 19509.445609: mm_vmscan_direct_reclaim_end: nr_reclaimed=1
vmstat 输出也很重要。当系统处于这种高负载状态时，压实正在通过屋顶（并且大部分失败）：
pgmigrate_success 38760827
pgmigrate_fail 350700119
compact_migrate_scanned 301784730
compact_free_scanned 204838172846
compact_isolated 18711615
compact_stall 270115
compact_fail 244488
compact_success 25212
回收/压缩确实存在一些问题。
目前，我希望通过向 ipoib 设置添加 SG 支持来减少高阶分配。真正的问题似乎与 vmscan 相关。
这很有趣，并引用了这个问题：http : //marc.info/?l=linux-mm&m=141607142529562&w=2
我想我应该用我的观察来回答，因为有很多评论。
基于您在https://gist.github.com/christian-marie/7bc845d2da7847534104的输出
我们可以确定以下几点：
区域碎片位于此处：
[3443189.780792] Node 0 Normal: 3300*4kB (UEM) 8396*8kB (UEM) 4218*16kB (UEM) 76*32kB (UEM) 12*64kB (M) 0*128kB 0*256kB 0*512kB 0*1024kB 0*2048kB 0*4096kB = 151056kB
[3443189.780801] Node 1 Normal: 26667*4kB (UEM) 6084*8kB (UEM) 2040*16kB (UEM) 96*32kB (UEM) 22*64kB (UEM) 4*128kB (U) 0*256kB 0*512kB 0*1024kB 0*2048kB 0*4096kB = 192972kB
而当时的内存利用率是这样的：
[3443189.780759] Node 0 Normal free:149520kB min:40952kB low:51188kB high:61428kB active_anon:9694208kB inactive_anon:1054236kB active_file:7065912kB inactive_file:7172412kB unevictable:0kB isolated(anon):5452kB isolated(file):3616kB present:30408704kB managed:29881160kB mlocked:0kB dirty:0kB writeback:0kB mapped:25440kB shmem:743788kB slab_reclaimable:1362240kB slab_unreclaimable:783096kB kernel_stack:29488kB pagetables:43748kB unstable:0kB bounce:0kB free_cma:0kB writeback_tmp:0kB pages_scanned:0 all_unreclaimable? no
[3443189.780766] Node 1 Normal free:191444kB min:45264kB low:56580kB high:67896kB active_anon:11371988kB inactive_anon:1172444kB active_file:8084140kB inactive_file:8556980kB unevictable:0kB isolated(anon):4388kB isolated(file):4676kB present:33554432kB managed:33026648kB mlocked:0kB dirty:0kB writeback:0kB mapped:45400kB shmem:2263296kB slab_reclaimable:1606604kB slab_unreclaimable:438220kB kernel_stack:55936kB pagetables:44944kB unstable:0kB bounce:0kB free_cma:0kB writeback_tmp:0kB pages_scanned:0 all_unreclaimable? no
页面分配失败输出中每个区域的碎片都是坏的。有很多自由的 0 阶页面，而高阶页面则少得多甚至没有。一个“好的”结果是每个订单都有大量的免费页面，订单越高，页面的大小逐渐变小。具有 0 个高阶页 5 及以上表示高阶分配出现碎片和饥饿。
我目前没有看到令人信服的证据表明这一时期的碎片与slab 缓存有关。在生成的内存统计数据中，我们可以看到以下内容
Node 0 = active_anon:9694208kB inactive_anon:1054236kB
Node 1 = active anon:11371988kB inactive_anon:1172444kB
用户空间没有分配大页，因此用户空间将始终占用 0 阶内存。因此，这两个区域总共有超过 22GiB 的可碎片整理内存。
我无法解释的行为
当高阶分配失败时，我的理解是，总是尝试内存压缩，以便允许高阶内存分配区域发生并成功。为什么这不会发生？如果确实发生了，为什么当有 22GiB 的内存可供重新排序时却找不到任何内存来进行碎片整理？
我认为我可以解释的行为
这需要更多的研究才能正确理解，但我相信分配自动交换/删除某些页面缓存以成功的能力可能不适用于此处，因为仍然有大量可用内存，因此不会发生回收。只是在更高的订单中还不够。
虽然每个区域中都留有大量可用内存和一些订单 4 请求，但“每个订单的所有可用内存总计并从实际可用内存中扣除”问题会导致“可用内存”低于“最小”水位线，即是什么导致了实际的分配失败。