MongoDB与内存

标签: Technical MongoDB | 发表时间:2011-08-19 08:02 | 作者:老王 高春辉
出处:http://huoding.com

但凡初次接触MongoDB的人,无不惊讶于它对内存的贪得无厌,至于个中缘由,我先讲讲Linux是如何管理内存的,再说说MongoDB是如何使用内存的,答案自然就清楚了。

据说带着问题学习更有效,那就先看一个MongoDB服务器的top命令结果:

shell> top -p $(pidof mongod)
Mem:  32872124k total, 30065320k used,  2806804k free,   245020k buffers
Swap:  2097144k total,      100k used,  2097044k free, 26482048k cached

 VIRT  RES  SHR %MEM
1892g  21g  21g 69.6

这台MongoDB服务器有没有性能问题?大家可以一边思考一边继续阅读。

先讲讲Linux是如何管理内存的

在Linux里(别的系统也差不多),内存有物理内存和虚拟内存之说,物理内存是什么自然无需解释,虚拟内存实际是物理内存的抽象,多数情况下,出于方便性的考虑,程序访问的都是虚拟内存地址,然后操作系统会把它翻译成物理内存地址。

很多人会把虚拟内存和Swap混为一谈,实际上Swap只是虚拟内存引申出的一种技术而已:操作系统一旦物理内存不足,为了腾出内存空间存放新内容,就会把当前物理内存中的内容放到交换分区里,稍后用到的时候再取回来,需要注意的是,Swap的使用可能会带来性能问题,偶尔为之无需紧张,糟糕的是物理内存和交换分区频繁的发生数据交换,这被称之为Swap颠簸,一旦发生这种情况,先要明确是什么原因造成的,如果是内存不足就好办了,加内存就可以解决,不过有的时候即使内存充足也可能会出现这种问题,比如MySQL就有可能出现这样的情况,解决方法是限制使用Swap:

shell> sysctl -w vm.swappiness=0

查看内存情况最常用的是free命令:

shell> free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:         32101      29377       2723          0        239      25880
-/+ buffers/cache:       3258      28842
Swap:         2047          0       2047

新手看到used一栏数值偏大,free一栏数值偏小,往往会认为内存要用光了。其实并非如此,之所以这样是因为每当我们操作文件的时候,Linux都会尽可能的把文件缓存到内存里,这样下次访问的时候,就可以直接从内存中取结果,所以cached一栏的数值非常的大,不过不用担心,这部分内存是可回收的,操作系统会按照LRU算法淘汰冷数据。除了cached,还有一个buffers,它和cached类似,也是可回收的,不过它的侧重点在于缓解不同设备的操作速度不一致造成的阻塞,这里就不多做解释了。

知道了原理,我们就可以推算出系统可用的内存是free + buffers + cached:

shell> echo "2723 + 239 + 25880" | bc -l
28842

至于系统实际使用的内存是used – buffers – cached:

shell> echo "29377 - 239 - 25880" | bc -l
3258

除了free命令,还可以使用sar命令:

shell> sar -r
kbmemfree kbmemused  %memused kbbuffers  kbcached
  3224392  29647732     90.19    246116  26070160
  3116324  29755800     90.52    245992  26157372
  2959520  29912604     91.00    245556  26316396
  2792248  30079876     91.51    245680  26485672
  2718260  30153864     91.73    245684  26563540

shell> sar -W
pswpin/s pswpout/s
    0.00      0.00
    0.00      0.00
    0.00      0.00
    0.00      0.00
    0.00      0.00

希望你没有被%memused吓到,如果不幸言中,请参考free命令的解释。

再说说MongoDB是如何使用内存的

目前,MongoDB使用的是内存映射存储引擎,它会把磁盘IO操作转换成内存操作,如果是读操作,内存中的数据起到缓存的作用,如果是写操作,内存还可以把随机的写操作转换成顺序的写操作,总之可以大幅度提升性能。MongoDB并不干涉内存管理工作,而是把这些工作留给操作系统的虚拟缓存管理器去处理,这样的好处是简化了MongoDB的工作,但坏处是你没有方法很方便的控制MongoDB占多大内存,事实上MongoDB会占用所有能用的内存,所以最好不要把别的服务和MongoDB放一起。

有时候,即便MongoDB使用的是64位操作系统,也可能会遭遇臭名昭著的OOM问题,出现这种情况,多半是因为限制了虚拟内存的大小所致,可以这样查看当前值:

shell> ulimit -a | grep 'virtual'

多数操作系统缺省都是把它设置成unlimited的,如果你的操作系统不是,可以这样修改:

shell> ulimit -v unlimited

不过要注意的是,ulimit的使用是有上下文的,最好放在MongoDB的启动脚本里。

有时候,出于某些原因,你可能想释放掉MongoDB占用的内存,不过前面说了,内存管理工作是由虚拟内存管理器控制的,所以通常你只能通过重启服务来释放内存,你一定不齿于这样的方法,幸好可以使用MongoDB内置的closeAllDatabases命令达到目的:

mongo> use admin
mongo> db.runCommand({closeAllDatabases:1})

另外,通过调整内核参数drop_caches也可以释放缓存:

shell> sysctl -w vm.drop_caches=1

平时可以通过mongo命令行来监控MongoDB的内存使用情况,如下所示:

mongo> db.serverStatus().mem:
{
    "resident" : 22346,
    "virtual" : 1938524,
    "mapped" : 962283
}

还可以通过mongostat命令来监控MongoDB的内存使用情况,如下所示:

shell> mongostat
mapped  vsize    res faults
  940g  1893g  21.9g      0
  940g  1893g  21.9g      0
  940g  1893g  21.9g      0
  940g  1893g  21.9g      0
  940g  1893g  21.9g      0

其中内存相关字段的含义是:

  • mapped:映射到内存的数据大小
  • visze:占用的虚拟内存大小
  • res:实际使用的内存大小

注:如果操作不能在内存中完成,结果faults列的数值不会是0,视大小可能有性能问题。

在上面的结果中,vsize是mapped的两倍,而mapped等于数据文件的大小,所以说vsize是数据文件的两倍,之所以会这样,是因为本例中,MongoDB开启了journal,需要在内存里多映射一次数据文件,如果关闭journal,则vsize和mapped大致相当。

如果想验证这一点,可以在开启或关闭journal后,通过pmap命令来观察文件映射情况:

shell> pmap $(pidof mongod)

到底MongoDB配备多大内存合适?宽泛点来说,多多益善,如果要确切点来说,这实际取决于你的数据及索引的大小,内存如果能够装下全部数据加索引是最佳情况,不过很多时候,数据都会比内存大,比如本文所涉及的MongoDB实例:

mongo> db.stats()
{
        "dataSize" : 1004862191980,
        "indexSize" : 1335929664
}

本例中索引只有1G多,内存完全能装下,而数据文件则达到了1T,估计很难找到这么大内存,此时保证内存能装下热数据即可,至于热数据有多少,这就是个比例问题了,取决于具体的应用。如此一来内存大小就明确了:内存 > 索引 + 热数据。

关于MongoDB与内存的话题,大家还可以参考官方文档中的相关介绍。


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按照官方的说法,MongoDB是一种可扩展的高性能的开源的面向文档(document-oriented )的数据库,采用C++开发. 注意mongo不是mango(芒果),这个词是从humongous中截取出来的,其野心不言而明,直指海量数据存储. 和其他很多NoSQL不太一样,MongoDB背后有一个专门的商业公司在提供支持和推广,有点类似MySQL AB的模式.

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