Mem Cgroup目录无法清理问题分析

        Cgroup(Control Group)是内核提供的资源隔离的技术,用于对Linux 系统中用户态进程使用的资源进行隔离,核心思想是:把进程分组,然后为进程组分配资源(包括内存、CPU、IO等)。其中Mem Cgroup用来隔离进程组使用的内存资源。

        在Hadoop集群中,我们使用了Mem Cgroup对MapReduce任务使用的内存资源进行隔离控制,以保证单个任务不能占用太大的内存,进而保证整个系统的稳定性。同时我们配置了release_agent,用于在mem cgroup中的所有进程退出后清理相关的资源。

        但Mem Cgroup在Hadoop集群上线后,经常会出现某个Mem Cgroup中的进程已经全部退出,但对应的Cgroup目录清理不掉的现象。查看Cgroup的状态,有如下现象:

        [root@]# cat /cgroup/memory/test/tasks

        [root@]# cat /cgroup/memory/test/memory.usage_in_bytes

        90112

        该cgroup的所有进程确实都已经退出了,但还是存在部分内存处于被使用状态,这是神马情况,下意识地想到,难道是Page Cache,果断验证下:

        echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

        刷掉Page Cache之后,残留的cgroup目录竟然成功被清理了, 那基本断定是Page Cache的影响了,后面就得分析下代码,研究下其中的原理了。

 

        经过几天的分析,终于把Mem Cgroup的基本原理搞明白了。

        在Linux内核中,每个Mem Cgroup都对应一个mem_cgroup结构,该结构的的核心是res_counter,记录了资源使用情况和资源限制,每个mem cgroup对象都包含一个与之关联的res_counter。

         Linux内核管理内核的基本单位是页面,采用page结构管理,一个物理页框对应着一个page结构,与此同时,新增了一个page_cgroup结构,用来关联page和mem_cgroup,这样给定任何一个页面,都可以找到对应的mem_cgroup。另外,每个进程都有一个mm_struct结构来管理进程的内存信息。每个mm_struct知道自己属于的进程,进而可以知道进程所属的mem_cgroup。

  test

        用户进程物理内存的分配基本都是通过page_fault来实现,现在来看下这个过程中是如何实现mem cgroup相关功能的,page_fault的大体流程如下:

       1、  根据current进程找到对应的mm_struct结构

       2、  分配需要的page页面

       3、  调用mem_cgroup_newpage_charge:该函数根据mm struct查找到对应的mem_cgroup,然后                                判断下当前mem_cgroup是否已经超过限制,如果没有,则把新分配page对应page_cgroup指向该mem_cgroup,并更新资源使用计数。如果已经超过了限制,则进行oom相关的处理。

 

        现在来考虑下Page cache,这些内存是系统级的,可以被所有进程使用,那这些内存的使用算在哪个进程的头上呢?mem cgroup采用的是first touch的原则,就是说哪个进程把page cache页面“带进”内存,这个页面就算在谁的头上。

 

        大致了解了Mem cgroup的原理,回到一开始的问题,虽然mem cgroup中的进程都已经退出了,但是这些进程使用的page cache仍然计算在这个mem cgroup中,导致mem cgroup一直被引用,因此mem cgroup清理不掉,刷掉page cache后,mem cgroup就没有被引用了,也就可以清理了。

        针对该问题,我们在内核新增加了一个page cache的使用计算选择:把page cache全部算入默认的根mem cgroup。这样做的另外一个好处是,mem cgroup只记录进程本身利用的物理内存,更直观可控。同时page cache是可回收的,如果某个mem cgroup中的进程产生大量的page cache时,其他mem cgroup进程的内存基本不受影响,可能的坏处是影响其他mem cgroup内存分配的效率。

 

        参考:http://lwn.net/Articles/432224/