什么是OOM機(jī)制？怎么防止進(jìn)程因?yàn)镺OM機(jī)制而被殺掉？

有時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中某個(gè)進(jìn)程會(huì)突然掛掉，通過(guò)查看系統(tǒng)日志發(fā)現(xiàn)是由于OOM機(jī)制導(dǎo)致進(jìn)程被殺掉。

今天我們就來(lái)介紹一下什么是OOM機(jī)制以及怎么防止進(jìn)程因?yàn)镺OM機(jī)制而被殺掉。

什么是OOM機(jī)制

OOM是 Out Of Memory 的縮寫，中文意思是內(nèi)存不足。而OOM機(jī)制是指當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存不足時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)的應(yīng)急機(jī)制。

當(dāng) Linux 內(nèi)核發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的物理內(nèi)存不足時(shí)，首先會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的可回收內(nèi)存進(jìn)行回收，能夠被回收的內(nèi)存有如下：

讀寫文件時(shí)的頁(yè)緩存。

為了性能而延遲釋放的空閑 slab 內(nèi)存頁(yè)。

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存不足時(shí)，內(nèi)核會(huì)優(yōu)先釋放這些內(nèi)存頁(yè)。因?yàn)槭褂眠@些內(nèi)存頁(yè)只是為了提升系統(tǒng)的性能，釋放這些內(nèi)存頁(yè)也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

如果釋放上述的內(nèi)存后，還不能解決內(nèi)存不足的情況，那么內(nèi)核會(huì)如何處理呢？答案就是：觸發(fā)OOM killer殺掉系統(tǒng)中占用內(nèi)存最大的進(jìn)程。如下圖所示：

可以看出，OOM killer 是防止系統(tǒng)崩潰的最后一個(gè)手段，不到迫不得已的情況是不會(huì)觸發(fā)的。

OOM killer 實(shí)現(xiàn)

接下來(lái)，我們分析一下內(nèi)核是如何實(shí)現(xiàn) OOM killer 的。

由于在 Linux 系統(tǒng)中，進(jìn)程申請(qǐng)的都是虛擬內(nèi)存地址。所以當(dāng)程序調(diào)用malloc()申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，如果虛擬內(nèi)存空間足夠的話，是不會(huì)觸發(fā) OOM 機(jī)制的。

當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)虛擬內(nèi)存地址時(shí)，如果此虛擬內(nèi)存地址還沒(méi)有映射到物理內(nèi)存地址的話，那么將會(huì)觸發(fā)缺頁(yè)異常。

在缺頁(yè)異常處理例程中，將會(huì)申請(qǐng)新的物理內(nèi)存頁(yè)，并且將進(jìn)程的虛擬內(nèi)存地址映射到剛申請(qǐng)的物理內(nèi)存。

如果在申請(qǐng)物理內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)中的物理內(nèi)存不足，那么內(nèi)核將會(huì)回收一些能夠被回收的文件頁(yè)緩存。如果回收完后，物理內(nèi)存還是不足的話，那么將會(huì)觸發(fā)swapping機(jī)制（如果開(kāi)啟了的話）。

swapping機(jī)制會(huì)將某些進(jìn)程不常用的內(nèi)存頁(yè)寫入到交換區(qū)（硬盤分區(qū)或文件）中，然后釋放掉這些內(nèi)存頁(yè)，從而達(dá)到緩解內(nèi)存不足的情況。

如果通過(guò)上面的手段還不能解決內(nèi)存不足的情況，那么內(nèi)核將會(huì)調(diào)用pagefault_out_of_memory()函數(shù)來(lái)殺掉系統(tǒng)中占用物理內(nèi)存最多的進(jìn)程。

我們來(lái)看看pagefault_out_of_memory()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

voidpagefault_out_of_memory(void)
{
...
out_of_memory(NULL,0,0,NULL,false);
...
}

可以看出，pagefault_out_of_memory()函數(shù)最終會(huì)調(diào)用out_of_memory()來(lái)殺死系統(tǒng)中占用內(nèi)存最多的進(jìn)程。

我們繼續(xù)來(lái)看看out_of_memory()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

voidout_of_memory(structzonelist*zonelist,gfp_tgfp_mask,intorder,
nodemask_t*nodemask,boolforce_kill)
{
...

//1.從系統(tǒng)中選擇一個(gè)最壞(占用內(nèi)存最多)的進(jìn)程
p=select_bad_process(&points,totalpages,mpol_mask,force_kill);
...

//2.如果找到最壞的進(jìn)程，那么調(diào)用oom_kill_process函數(shù)殺掉進(jìn)程
if(p!=(void*)-1UL){
oom_kill_process(p,gfp_mask,order,points,totalpages,NULL,
nodemask,"Outofmemory");
killed=1;
}
...
}

out_of_memory()函數(shù)的邏輯比較簡(jiǎn)單，主要完成兩個(gè)事情：

調(diào)用select_bad_process()函數(shù)從系統(tǒng)中選擇一個(gè)最壞（占用物理內(nèi)存最多）的進(jìn)程。

如果找到最壞的進(jìn)程，那么調(diào)用oom_kill_process()函數(shù)將此進(jìn)程殺掉。

從上面的分析可知，找到最壞的進(jìn)程是 OOM killer 最為重要的事情。

那么我們來(lái)看看select_bad_process()函數(shù)是怎樣選擇最壞的進(jìn)程的：

staticstructtask_struct*
select_bad_process(unsignedint*ppoints,unsignedlongtotalpages,
constnodemask_t*nodemask,boolforce_kill)
{
structtask_struct*g,*p;
structtask_struct*chosen=NULL;
unsignedlongchosen_points=0;
...

//1.遍歷系統(tǒng)中所有的進(jìn)程和線程
for_each_process_thread(g,p){
unsignedintpoints;
...

//2.計(jì)算進(jìn)程最壞分?jǐn)?shù)值,選擇分?jǐn)?shù)最大的進(jìn)程作為殺掉的目標(biāo)進(jìn)程
points=oom_badness(p,NULL,nodemask,totalpages);
if(!points||points

	

	select_bad_process()函數(shù)的主要工作如下：

	遍歷系統(tǒng)中所有的進(jìn)程和線程，并且調(diào)用oom_badness()函數(shù)計(jì)算進(jìn)程的最壞分?jǐn)?shù)值。

	選擇最壞分?jǐn)?shù)值最大的進(jìn)程作為被殺掉的目標(biāo)進(jìn)程。

	所以，計(jì)算進(jìn)程的最壞分?jǐn)?shù)值就是 OOM killer 的核心工作。我們接著來(lái)看看oom_badness()函數(shù)是怎么計(jì)算進(jìn)程的最壞分?jǐn)?shù)值的：

	
unsignedlong
oom_badness(structtask_struct*p,structmem_cgroup*memcg,
constnodemask_t*nodemask,unsignedlongtotalpages)
{
longpoints;
longadj;

//1.如果進(jìn)程不能被殺掉（init進(jìn)程和內(nèi)核進(jìn)程是不能被殺的）
if(oom_unkillable_task(p,memcg,nodemask))
return0;
...

//2.我們可以通過(guò)/proc/{pid}/oom_score_adj文件來(lái)設(shè)置進(jìn)程的被殺建議值，
//這個(gè)值越小，進(jìn)程被殺的機(jī)會(huì)越低。如果設(shè)置為-1000時(shí)，進(jìn)程將被禁止殺掉。
adj=(long)p->signal->oom_score_adj;
if(adj==OOM_SCORE_ADJ_MIN){
...
return0;
}

//3.統(tǒng)計(jì)進(jìn)程使用的物理內(nèi)存數(shù)
points=get_mm_rss(p->mm)
+atomic_long_read(&p->mm->nr_ptes)
+get_mm_counter(p->mm,MM_SWAPENTS);
...

//4.加上進(jìn)程被殺建議值，得出最終的分?jǐn)?shù)值
adj*=totalpages/1000;
points+=adj;

returnpoints>0?points:1;
}


	

	oom_badness()函數(shù)主要按照以下步驟來(lái)計(jì)算進(jìn)程的最壞分?jǐn)?shù)值：

	如果進(jìn)程不能被殺掉（init進(jìn)程和內(nèi)核進(jìn)程是不能被殺的），那么返回分?jǐn)?shù)值為 0。

	可以通過(guò)/proc/{pid}/oom_score_adj文件來(lái)設(shè)置進(jìn)程的 OOM 建議值（取值范圍為 -1000 ~ 1000）。建議值越小，進(jìn)程被殺的機(jī)會(huì)越低。如果將其設(shè)置為 -1000 時(shí)，進(jìn)程將被禁止殺掉。

	統(tǒng)計(jì)進(jìn)程使用的物理內(nèi)存數(shù)，包括實(shí)際使用的物理內(nèi)存、頁(yè)表占用的物理內(nèi)存和 swap 機(jī)制占用的物理內(nèi)存。

	最后加上進(jìn)程的 OOM 建議值，得出最終的分?jǐn)?shù)值。

	通過(guò)oom_badness()函數(shù)計(jì)算出進(jìn)程的最壞分?jǐn)?shù)值后，系統(tǒng)就能從中選擇一個(gè)分?jǐn)?shù)值最大的進(jìn)程殺死，從而解決內(nèi)存不足的情況。

	禁止進(jìn)程被 OOM 殺掉

	有時(shí)候，我們不希望某些進(jìn)程被 OOM killer 殺掉。例如 MySQL 進(jìn)程如果被 OOM killer 殺掉的話，那么可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的情況。

	那么如何防止進(jìn)程被 OOM killer 殺掉呢？從上面的分析可知，在內(nèi)核計(jì)算進(jìn)程最壞分?jǐn)?shù)值時(shí)，會(huì)加上進(jìn)程的oom_score_adj（OOM建議值）值。如果將此值設(shè)置為-1000時(shí)，那么系統(tǒng)將會(huì)禁止 OOM killer 殺死此進(jìn)程。

	例如使用如下命令，將會(huì)禁止殺死 PID 為 2000 的進(jìn)程：

	
$echo-1000>/proc/2000/oom_score_adj


	

	這樣，我們就能防止一些重要的進(jìn)程被 OOM killer 殺死。

	






	審核編輯：劉清