操作系统的剩余空间总量足够,但申请一块N字节连续地址的空间时,剩余内存空间中没有大小为N字节的连续空间,那么这些剩余内存空间中,小于N字节的连续内存空间就是内存碎片。
Redis内存碎片是如何形成的?
内存碎片形成有内部原因和外部原因:
-
内部原因:内存分配器的分配策略决定操作系统无法做到“按需分配”。
-
Redis使用libc、jemalloc、tcmalloc多种内存分配器来分配内存,默认使用jemalloc。
-
内存分配器是按照固定大小来分配内存空间,不是完全按照应用程序申请的内存大小来分配。
-
以jemalloc为例,是按照一系列固定的大小划分内存空间,例如8字节、16字节、32字节、...、2KB、4KB等。Jemalloc会分配与程序申请内存最接近的固定大小的空间。
-
-
外部原因:键值对大小不一样,并且键值对可以被修改和删除。
-
Redis申请内存空间分配时,对于大小不一的内存空间需求,内存分配器按照固定大小分配内存空间,分配的内存空间一般都会比申请的内存空间大一些,这会产生一定的内存碎片。
-
键值对会被修改和删除,会导致空间的扩容和释放。
-
如何判断Redis是否有内存碎片?
DAS通过Redis提供的INFO命令,查询内存使用的详细信息,命令如下:
INFO memory # Memory used_memory:350458970752 used_memory_human:326.39G used_memory_rss:349066919936 used_memory_rss_human:325.09G … mem_fragmentation_ratio:1.00
-
used_memory:表示Redis为了保存数据实际申请使用的内存空间。
-
used_memory_rss:表示操作系统实际分配给Redis的物理内存空间,其中包含了内存空间碎片。
-
mem_fragmentation_ratio指当前Redis的内存碎片率。计算公式:mem_fragmentation_ratio=used_memory_rss/used_memory
-
mem_fragmentation_ratio大于等于1但小于等于1.5,这种情况是合理的。
-
mem_fragmentation_ratio大于1.5,表明内存碎片率已经超过了50%。
-
如何清理内存碎片?
一个“简单粗暴”的方法是重启Redis实例。但是这个方法会带来两个后果:
-
如果Redis中的数据没有持久化,数据会丢失;
-
无论Redis数据是否被持久化,恢复数据时都需采用AOF或RDB方式,而恢复所需时间取决于AOF或RDB文件的大小。并且如果只有一个Redis实例,恢复阶段无法提供服务。
那有没有更好的方法呢?有的,从4.0-RC3版本以后,Redis自身提供了一种内存碎片自动清理的方法。
内存碎片自动清理
内存碎片清理,简单来说,就是“搬家让位,合并空间”。
当有数据把一块连续的内存空间分割成好几块不连续的空间时,操作系统会把数据拷贝到另外,而原来不连续的内存空间就变成连续的内存空间了。
但是碎片清理是有代价的。移动多份数据到新位置并释放原有空间是操作系统必须做的,但这个过程会花费时间。另外在数据拷贝时,会阻塞Redis,降低性能。
如何缓解这个问题?
Redis专门为自动内存碎片清理机制提供参数设置。可以通过设置参数,来控制碎片清理的开始和结束时机,以及占用的CPU比例,从而减少碎片清理对Redis请求处理的性能影响。
首先,开启自动内存碎片清理:
config set activedefrag yes
然后,设置触发内存清理的条件:
-
active-defrag-ignore-bytes 100mb:表示内存碎片的字节数达到100MB时,开始清理;
-
active-defrag-threshold-lower 10:表示内存碎片空间占操作系统分配给Redis的总空间比例达到10%时,开始清理。
最后,控制清理操作占用CPU时间比例的上、下限:
-
active-defrag-cycle-min 25: 表示自动清理过程所用CPU时间的比例不低于25%,保证清理能正常开展;
-
active-defrag-cycle-max 75:表示自动清理过程所用CPU时间的比例不高于75%,一旦超过,就停止清理,从而避免在清理时,大量的内存拷贝阻塞Redis,导致响应延迟升高。