Linux 内存控制参数汇总

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sysctl 控制参数

下表列出一些常见的 Linux （Kernel 5.3）内存相关的调节参数，具体参数根据内核版本可能有所不同，其使用场景和含义需要查看对应内核版本的相关文档

Option Default Value Description Examples
vm.dirty_background_bytes
/proc/sys/vm/dirty_background_bytes		 0 bytes 0 表示使用 vm.dirty_background_ratio 来决定将内存脏页(Memroy Dirty Pages)写回磁盘的阈值而不是使用 vm.dirty_background_bytes
- 设置为相对较高的值，会使内存中的数据延迟写入磁盘，产生较小的 IOPS，但是可能会导致数据不一致或丢失
- 设置为相对较低的值，会使内存数据及时写入磁盘，导致 IOPS 较高，数据丢失或不一致的风险较低
vm.dirty_background_ratio
/proc/sys/vm/dirty_background_ratio		 10 默认当内存脏页数据达到内存大小的 10% 时，在后台触发 per-bdi writeback（Linux 早期（Linux 内核 3.0 之前）由 pdflush 负责处理脏页（dirty pages）写回磁盘的机制）将脏页数据写回磁盘。回写（Write-Back）操作由统一的内核线程 kworker 或 flush-<设备名> 处理
vm.dirty_bytes
/proc/sys/vm/dirty_bytes		 0 bytes 定义强制写回的脏页阈值（以字节为单位）。
vm.dirty_ratio
/proc/sys/vm/dirty_ratio		 20 定义强制写回的脏页阈值（以总内存的百分比表示）。
vm.dirty_writeback_centisecs
/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs		 500 定义写回线程的执行间隔（以百分之一秒为单位）。
vm.dirty_expire_centisecs
/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs		 3000 定义脏页的最大“年龄”（超过这个时间的脏页会被优先写回）。
如需手动执行写回操作，可以使用命令 sync
vm.min_free_kbytes
/proc/sys/vm/min_free_kbytes		 通常为 min_free_kbytes = sqrt(总内存 * 16) 控制系统保留的最小空闲内存量（以 KB 为单位），确保系统在内存压力下仍有足够的内存用于关键操作，如处理中断、内核操作等。
如果设置过小
- 系统可能在内存紧张时无法及时回收内存，导致性能下降。
- 网络流量或 I/O 密集型任务可能因内存分配失败而中断。
- 可能增加系统触发 OOM（Out-Of-Memory）的风险。
如果设置过大 ：
- 系统可用内存减少，因为更多内存被预留。
- 可能导致用户空间任务频繁触发内存回收，降低整体性能。
vm.watermark_scale_factor
/proc/sys/vm/watermark_scale_factor		 10 内核的内存水位标记（ watermarks ）机制
vm.watermark_boost_factor
/proc/sys/vm/watermark_boost_factor		 15000 在内存压力下临时提升水位，保证一定的空闲内存。
vm.percpu_pagelist_high_fraction
/proc/sys/vm/percpu_pagelist_high_fraction		 0 vm.percpu_pagelist_high_fraction
vm.overcommit_memory
/proc/sys/vm/overcommit_memory
vm.overcommit_ratio
vm.overcommit_kbytes		 Linux 内存 Overcommit 机制详解
vm.swappiness
/proc/sys/vm/swappiness		 60 控制 内核在内存不足前主动使用 Swap 的程度，取值范围：0 - 100 。
- 0 ：尽可能 **不使用 Swap** ，只有在内存耗尽时才使用（适合数据库、低延迟应用）。<br/>- 100` ： 尽可能 频繁使用 Swap（适合桌面系统） 。
vm.vfs_cache_pressure 100 vm.vfs_cache_pressure
vm.admin_reserve_kbytes
/proc/sys/vm/admin_reserve_kbytes		 3% Free Pages 为系统管理员保留一定量的内存，以防止在内存紧张时关键的管理任务（如登录、执行命令等）无法正常运行。这部分内存不会被普通用户进程占用，即使在系统内存紧张时也会保留。
memory_failure_early_kill
/proc/sys/vm/memory_failure_early_kill		 0 用于控制在发生内存故障时，系统是否立即将有问题的内存页标记为不可用，并杀死访问该内存的进程。
- 默认值是 0 ，表示不立即杀死进程。
- 启用后（值为 1） 当检测到内存错误时，系统会尽早杀死访问该内存的进程，以避免更多的系统崩溃或错误发生。
memory_failure_recovery
/proc/sys/vm/memory_failure_recovery		 1 当检测到内存故障时，系统可以尝试 恢复错误的内存页 。
- 默认值是 1 ，表示启用内存恢复机制。
- 禁用后（值为 0） ： 系统不尝试恢复内存错误，可能会更直接地采取 杀死进程 或 标记内存为不可用 的操作。
/proc/sys/vm/drop_caches 默认值始终为 0 允许管理员手动清理 Linux 内存缓存，包括：
- Page Cache（页面缓存） ： 主要用于加速文件读取。
- Dentry Cache（目录项缓存） ： 记录文件路径信息，加快目录访问。
- Inode Cache（索引节点缓存） ： 记录文件元数据，如大小、权限等。
drop_caches 不会影响进程已使用的内存，只是释放 内核缓存 。 适用于 测试、性能调优、观察内存使用情况 ，但不建议频繁使用。
可选值包括：
- 1 ： 清理 Page Cache ，释放文件数据缓存
- 2 ： 清理 Dentry 和 Inode Cache，释放目录路径和文件元数据缓存
- 3 ： 清理 Page Cache 、 Dentry 和 Inode Cache（全部）		 建议同步数据到磁盘（sync）后清理，防止数据丢失
/proc/sys/vm/compact_memory 默认值始终为 0 compact_memory

vm.watermark_scale_factor

vm.watermark_scale_factor (/proc/sys/vm/watermark_scale_factor)是 Linux 内核中的一个虚拟内存管理参数，它影响内核的内存水位标记（ watermarks ）机制。内存水位标记用于决定何时触发内存回收（如回收页缓存或启动交换操作）。通过调整该参数，可以控制内核在内存压力下的行为和回收策略。

Linux 内核为每个内存区域（zone）定义了三个水位标记：

  1. min（最低水位） ：

    当可用内存低于 min 时，内核强制触发回收机制，尽一切可能释放内存。

  2. low（低水位） ：

    内核尝试开始回收内存，但允许正常分配。

  3. high（高水位） ：

    可用内存高于 high 时，内核不会主动回收内存。

这些水位标记在 /proc/zoneinfo 中可以查看：

# cat /proc/zoneinfo | grep -E "Node|min|low|high"
Node 0, zone      DMA
        min      8
        low      10
        high     12
Node 0, zone    DMA32
        min      1532
        low      1915
        high     2298
Node 0, zone   Normal
        min      15355
        low      19193
        high     23032

vm.watermark_scale_factor 是一个百分比值（默认值为 10，表示 10% ），用于调整内存水位的敏感度。具体来说：

  • 它决定了内存水位的范围（high 和 low 之间的差距）。

  • 值越大，水位范围越大，内核对内存压力的响应越迟钝。

  • 值越小，水位范围越小，内核对内存压力的响应越敏感。

内存水位的计算方式如下：

high = min_free_kbytes + (总内存 * watermark_scale_factor / 10000)
low = high - (总内存 * watermark_scale_factor / 10000)
min = low - (总内存 * watermark_scale_factor / 10000)

增大 watermark_scale_factor ：

  • 内存水位范围变大，内核对内存压力的响应变慢。
  • 适用于内存充足且希望减少内存回收频率的场景。
  • 过高值 可能导致系统在内存压力下响应过慢，增加 OOM（Out of Memory）风险。

减小 watermark_scale_factor ：

  • 内存水位范围变小，内核对内存压力的响应变快。

  • 适用于内存紧张且需要快速回收内存的场景。

  • 过低值 可能导致内核频繁回收内存，增加系统开销。

vm.percpu_pagelist_high_fraction

从 Linux 5.16 及以后，vm.percpu_pagelist_fraction 已被移除，取而代之的是 vm.percpu_pagelist_high_fraction，并且 PCP（Per-CPU Page List）大小的计算方式发生了变化。

什么是 PCP（Per-CPU Page List）?

Linux 内核的物理页框管理（Buddy System）采用 PCP（Per-CPU Page List，每 CPU 页列表） 机制，为每个 CPU 维护一个 独立的 页缓存，以减少多个 CPU 争夺全局锁，提高内存分配效率。

PCP 的作用 ：

  • 通过为每个 CPU 保留一定数量的空闲页，减少内存分配时对全局锁争用，加快小规模页分配，从而提高多核系统上的内存分配性能。
  • 提高缓存命中率，避免频繁访问 Buddy System。每个 CPU 都有自己的空闲页列表，减少了多个 CPU 同时访问全局空闲列表时的锁争用。

PCP 主要参数 ：

  • low ： 低水位，低于此值时，系统会回收页。
  • high ： 高水位，达到此值时，释放多余页给 Buddy System。

vm.percpu_pagelist_high_fraction 控制 Per-CPU Page List(每 CPU 页列表)的上限（high limit） ，限制 PCP 过大导致的内存浪费。

Linux 内存 Overcommit 机制详解

在 Linux 内核中，Overcommit 机制决定了系统如何管理 虚拟内存（Virtual Memory） 申请，特别是当进程申请的内存超过物理 RAM + Swap 时的处理策略。

Linux 内核的 Overcommit 机制允许系统分配比实际物理内存更多的虚拟内存。这种机制基于以下假设：

  • 并非所有分配的内存都会被实际使用。

  • 应用程序可能会申请大量内存，但实际使用的只是其中一部分。

相关参数：

  • vm.overcommit_memory —— 控制 Overcommit 策略（是否允许超额分配）。
  • vm.overcommit_ratio —— 影响可分配内存的计算。
  • vm.overcommit_kbytes —— 手动设置可 Overcommit 的最大内存（部分新内核支持）。

vm.overcommit_memory 是一个整数值，用于控制内核的内存分配策略。它有以下三种模式：

  • 0（默认值） ： Heuristic Overcommit(启发式 Overcommit)。

    • 内核会根据当前系统的内存使用情况，使用启发式算法(基于历史数据)来决定是否允许内存分配。

    • 允许进程请求比实际 RAM 多的内存

    • 如果系统空闲内存较少，可能会拒绝内存分配请求。

    • 这是最常用的模式，适用于大多数场景 。

  • 1 ： Always Overcommit(总是允许 Overcommit)。

    • 内核总是允许内存分配请求，无论当前内存使用情况如何。程可以分配 任意大小 的虚拟内存，哪怕物理 RAM 和 Swap 不够。

    • 这种模式下，系统可能会分配比实际物理内存更多的虚拟内存。

    • 适用于内存密集型应用，但存在 OOM（Out-Of-Memory）风险。

  • 2 ： Strict Overcommit(禁止 Overcommit)。

    • 内核会严格限制内存分配，确保分配的内存不超过 overcommit_ratio 或 overcommit_kbytes 设置的限制。

    • 进程申请超出 CommitLimit 直接 失败（返回 ENOMEM） 。

    • 这种模式下，系统不会分配超过物理内存和交换空间总和的内存。

    • 适用于对内存使用要求严格的场景。

当 vm.overcommit_memory = 2 时，vm.overcommit_ratio 决定 CommitLimit （可分配的最大虚拟内存） 。overcommit_ratio 是一个百分比值，用于在 overcommit_memory=2 模式下限制内存分配。它定义了系统可以分配的内存总量与物理内存的比例。 默认值 ：通常为 50（即 50%）。

允许分配的内存总量 = 物理内存 × (overcommit_ratio / 100) + 交换空间

例如，如果物理内存为 16GB，overcommit_ratio=50，交换空间为 4GB，则允许分配的内存总量为：

16GB × 0.5 + 4GB = 12GB

查看 CommitLimit 的值： 

# cat /proc/meminfo | grep -E "MemTotal|SwapTotal|CommitLimit"
MemTotal:       32680152 kB
SwapTotal:       8388604 kB
CommitLimit:    24728680 kB

vm.overcommit_ratio 仅在 vm.overcommit_memory=2 时生效。在其他模式下（vm.overcommit_memory=0 或 1），vm.overcommit_ratio 不会起作用。

vm.overcommit_kbytes 直接指定可 Overcommit 的最大内存大小 （部分新内核支持）。

vfs_cache_pressure

VFS（Virtual File System） 是 Linux 内核中的一个抽象层，用于支持多种文件系统（如 ext4、XFS、NTFS 等）。VFS 缓存主要包括：

  • 目录项缓存（dentry cache） ： 缓存目录项（dentry），用于快速查找文件路径。

  • inode 缓存 ： 缓存文件的元数据（如权限、大小、时间戳等）。

VFS 缓存可以显著提高文件系统的访问速度，因为访问缓存中的数据比从磁盘读取要快得多。

vm.vfs_cache_pressure 控制 内核回收 VFS（Virtual File System）缓存的倾向 。取值范围包括：

值 行为 适用场景
0-50 降低 VFS 缓存回收率，更倾向于保留 dentry/inode 缓存
- 更多 VFS 缓存，加速文件系统访问，但可能会导致 Swap 增加。		 适合 大量文件操作（NFS 服务器、文件服务器）
100 默认值，平衡回收 VFS 缓存与 Page Cache 适用于 通用服务器
>100 更积极回收 VFS 缓存，更快释放 inode/dentry 资源
- 减少 VFS 缓存，腾出更多内存给其他任务，但可能会导致频繁的 I/O 操作，降低文件访问效率。		 适合 低内存服务器

使用以下命令可以查看 VFS 缓存占用

# cat /proc/meminfo | grep -E "Cached|Dirty|Writeback"
Cached:         23405312 kB
SwapCached:        14760 kB
Dirty:              3788 kB
Writeback:             0 kB
WritebackTmp:          0 kB

compact_memory

/proc/sys/vm/compact_memory 是一个 Linux 内核的内存调优参数，用于 触发内存压缩操作 。在内存碎片化较严重的情况下，调用此参数可以 强制内核进行内存压缩 ，使得内存中的空闲区域变得更加连续，从而提高系统的内存使用效率。

内存压缩是指将不再使用的内存区域合并或回收，目的是减少内存的碎片化，避免内存浪费，并且为系统中的其他进程提供更多可用的内存。

Linux 内核会自动处理内存碎片化问题，但在以下情况中，可以手动触发内存压缩：

  • 内存碎片化严重 ：系统在长期运行或高负载的情况下可能导致内存碎片化，手动触发内存压缩可以解决这个问题。
  • 内存紧张 ：在内存不足或交换空间使用较多时，可以通过压缩内存来释放更多可用内存，减少对交换空间的依赖。

若要触发内存压缩，可以写入 1 到 /proc/sys/vm/compact_memory ：

echo 1 > /proc/sys/vm/compact_memory

这会触发内核进行内存压缩，尝试减少内存碎片化。系统会尝试将空闲内存区域合并，并释放不再使用的内存块。

OOM

Linux OOM(Out Of Memory) 是指 Linux 内核检测到系统内存耗尽 时触发的机制。当可用内存不足且无法通过 回收缓存 或 交换内存 释放更多资源时，Linux 内核会启动 OOM-Killer（OOM 杀手），选择并杀死某些进程，以释放内存，使系统继续运行。

OOM 主要发生在以下情况下：

  • 物理内存不足 且 swap（交换分区）空间也耗尽 。
  • 进程请求的内存超过系统可以提供的可用内存（例如 malloc() 失败） 。
  • 某个进程使用了过多内存，导致其他进程无法正常运行（通常称为 内存泄漏） 。

OOM-Killer 工作原理

当系统内存不足时，OOM-Killer 需要决定 杀死哪个进程 以释放最多的内存，同时尽可能减少对系统稳定性的影响。它会根据 OOM 分数（oom_score） 来评估进程的优先级，选择合适的目标。

  • OOM Score 计算方式

    Linux 通过 /proc/[PID]/oom_score 计算每个进程的 OOM 分数，决定哪个进程最适合被杀死。计算方式包括：

    • 进程的 实际内存使用量（包括 RSS 和 swap） 。
    • 进程的 优先级（nice 值） 。
    • 进程是否有 特殊权限（例如 root 用户的进程通常优先级较低，不会被轻易杀死） 。
    • 进程是否 手动调整了 OOM 权重（ oom_score_adj ） 。

    查看进程的 OOM Score：

    cat /proc/$(pgrep -f <进程名>)/oom_score

  • 调整进程的 OOM Score

    可以通过 /proc/[PID]/oom_score_adj 影响 OOM-Killer 的决策：

    echo -1000 > /proc/$(pgrep -f <进程名>)/oom_score_adj  # 降低 OOM 优先级
    echo 1000 > /proc/$(pgrep -f <进程名>)/oom_score_adj  # 增加 OOM 优先级

    • -1000 ： 表示 永不杀死 该进程（适用于重要进程，如 sshd）。
    • 1000 ： 表示 更容易被杀死 。

  • oom_dump_tasks 参数

    /proc/sys/vm/oom_dump_tasks 控制 当 OOM-Killer 触发时，是否记录被终止的进程信息。该参数的作用是 方便系统管理员分析 OOM 发生时的内存使用情况，帮助排查问题 。

    • 默认值： 1（启用） 。当发生 OOM 时，内核会记录 所有进程的内存使用信息 到系统日志。
    • 禁用（0） ： 发生 OOM 时，不会记录进程信息，日志会更简洁，但不利于排查问题。

  • oom_kill_allocating_task 参数

    /proc/sys/vm/oom_kill_allocating_task 控制 OOM Killer 是否优先杀死正在申请内存的进程（即导致 OOM 的那个进程） 。

    • 0（默认值） ：OOM Killer 按 OOM 评分选择要杀死的进程，不一定是触发 OOM 的进程。
    • 1 ：直接杀死 触发 OOM 事件的进程（即当前正在申请内存但失败的进程） 。