什么是 /proc/buddyinfo

原创已于 2025-06-03 16:06:31 修改 · 834 阅读

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于 2025-06-03 14:57:17 首次发布

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/proc/buddyinfo 是 Linux 内核提供的一个虚拟文件，可用于诊断内存碎片

一、伙伴算法（buddy allocator）简介

Linux 内核为了管理物理内存，把内存分成一页一页（通常4KB）。
伙伴算法维护空闲页块的不同大小的“块”。
块大小是 2 的幂，比如：
- order 0：1 页（4KB）
- order 1：2 页（8KB）
- order 2：4 页（16KB）
- order 3：8 页（32KB）
- 依此类推...
这些块被组织成“伙伴”，方便分配和释放，合并相邻块，减少碎片。

二、`/proc/buddyinfo` 文件内容格式

内容示例：

Node 0, zone      DMA      5      3      2      1      0      0      0      0      0      0      0
Node 0, zone    DMA32  10000   5000   2000   1000    500    250    125     60     30     15      7
Node 0, zone   Normal  20000  15000  10000   5000   2500   1250    625    300    150     75     35

每行对应一个 NUMA节点(Node) 的 内存区域(zone)。
- Node 0：表示第0个NUMA节点（大部分普通服务器只有一个NUMA节点）
- zone DMA、DMA32、Normal 是不同用途的内存区段。
后面数字从左到右依次代表不同阶（order）的空闲块数量。

三、zone 区域介绍

DMA：用于某些设备DMA访问的低地址内存，通常很小。
DMA32：支持32位DMA的内存区域，64位系统有时需要。
Normal：普通内存，绝大部分进程使用的内存来自这里。

四、order（阶）的含义

order 0 是最小单位，一页（4KB）
order 1 是两页（8KB）
order 2 是四页（16KB）
order 3 是八页（32KB）
以此类推，order n = 2^n 页大小

五、怎么看 `/proc/buddyinfo`

关注 order 0 的数量
- order 0 数量代表最小的内存块数量，最常用来分配。
- 如果 order 0 数量非常少，可能导致“内存分配失败”。
关注高阶 order 数量
- 大的块数量少是正常的，因为大块难分配。
- 如果所有阶都很少，说明内存非常紧张。
结合 free、vmstat 观察系统整体内存状态

六、实际场景分析举例

假设输出：

Node 0, zone Normal  1000  10  5  1  0  0  0  0  0  0  0

1000 个 order0 空闲块比较正常
10 个 order1，5 个 order2，说明有一些中等大小块
0 个大块，可能是内存碎片化严重

如果：

Node 0, zone Normal  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0

表示内存极度紧张，或者碎片严重，内存分配会失败。

七、内存分配失败与 buddyinfo 的关系

当内核申请内存时，如果需要连续的物理页，会根据 order 找合适大小的空闲块。
如果合适的 order 没有空闲块，申请失败。
GFP_ATOMIC 分配不能睡眠，不能等待内存回收，所以更容易失败。

八、如何减少内存碎片

保持系统负载合理，不要长时间内存高压。
定期重启内存占用大或有内存泄漏的服务。
调整内核参数如 vm.min_free_kbytes。
尽量避免大量高阶内存分配。
升级内核版本，内核会改进内存分配算法。

九、常用命令配合 `/proc/buddyinfo` 观察系统内存状态

free -m          # 查看内存使用
vmstat 1 5       # 观察内存、CPU负载趋势
cat /proc/buddyinfo  # 查看内存空闲块情况
slabtop          # 查看内核缓存使用情况
dmesg | grep -i alloc  # 查看内存分配失败日志