Java page cache回寫機制案例詳解
JAVA寫文件的基本流程
在不使用堆外內(nèi)存的情況下，java在寫文件時，先將字節(jié)寫入JVM的堆內(nèi)內(nèi)存中；然后調(diào)用jvm的寫文件函數(shù)，將字節(jié)寫入jvm的堆外內(nèi)存中，jvm再調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核的寫文件函數(shù)，將字節(jié)寫入內(nèi)核的heap中；然后內(nèi)核將字節(jié)寫入page cache中，將page cache狀態(tài)改為dirty，根據(jù)page cache的回寫機制在合適的時機將字節(jié)寫入磁盤。
page cache 自動回寫機制
page cache的回寫時機由系統(tǒng)配置/etc/sysctl.conf 中的幾個參數(shù)決定，分別是：
- dirty_background_bytes
默認值：0 表示不啟用
當臟頁所占的內(nèi)存大小超過dirty_background_bytes時，內(nèi)核的pdflush線程會從后臺開始回寫臟頁，不會影響應(yīng)用程序的后序IO操作。
- dirty_background_ratio
默認值 ：10
參數(shù)意義：當臟頁所占的百分比（相對于所有可用內(nèi)存，即空閑內(nèi)存頁+可回收內(nèi)存頁）達到dirty_background_ratio時內(nèi)核的pdflush線程從后臺開始回寫臟頁，不會影響應(yīng)用程序的后序IO操作。增大會使用更多內(nèi)存用于緩沖，可以提高系統(tǒng)的讀寫性能。當需要持續(xù)、恒定的寫入場合時，應(yīng)該降低該數(shù)值。
注意：dirty_background_bytes參數(shù)和dirty_background_ratio參數(shù)是相對的，只能指定其中一個。當其中一個參數(shù)文件被寫入時，會立即開始計算臟頁限制，并且會將另一個參數(shù)的值清零。
- dirty_bytes
默認值：0 表示不啟用
當臟頁所占的內(nèi)存數(shù)量達到dirty_bytes時，內(nèi)核將臟頁中的數(shù)據(jù)刷入磁盤并阻塞后序的IO操作。
注意：dirty_bytes參數(shù)和dirty_ratio參數(shù)是相對的，只能指定其中一個。當其中一個參數(shù)文件被寫入時，會立即開始計算臟頁限制，并且會將另一個參數(shù)的值清零
- dirty_ratio
默認值：20
參數(shù)意義：當臟頁所占的百分比（相對于所有可用內(nèi)存，即空閑內(nèi)存頁+可回收內(nèi)存頁）達到dirty_ratio時，內(nèi)核將臟頁中的數(shù)據(jù)刷入磁盤并阻塞后序的IO操作。
- dirty_background_ratio與dirty_ratio比較
dirty_ratio是屬于強制性的回寫,也就是說當一個內(nèi)存區(qū)的臟頁達到這個比例時就會觸發(fā)內(nèi)核內(nèi)存管理把臟頁強制回寫的流程,但dirty_background_ratio是屬于軟性的行為,因為這是透過pdflush內(nèi)核線程進行的流程,可以在后臺執(zhí)行對這些臟頁面回寫,并不會因此影響到當下正在執(zhí)行中的過程。 所以看Linux內(nèi)核中預(yù)設(shè)的比例是臟頁達到5%的比例時就會先透過pdflush內(nèi)核線程進行回寫,當臟頁達到10%比例時,就等于是一個很嚴重的狀況,此時就會在平衡臟頁面流程中觸發(fā)強制的回寫,讓系統(tǒng)可以回復(fù)到原本預(yù)設(shè)合理的狀態(tài)。
- dirty_expire_centisecs
默認值：3000
參數(shù)意義：用來指定臟數(shù)據(jù)能存活的時間。指定的值是按100算做一秒計算。只有當超過這個值后，才會被內(nèi)核進程pdflush寫到磁盤。
- dirty_writeback_centisecs
默認值：500
參數(shù)意義：pdflush回寫的頻率，每次的喚醒的間隔，是以數(shù)字100算做1秒。如果將這項值設(shè)為500就相當5秒喚醒pdflush進程。如果將這項值設(shè)為0就表示完全禁止定期回寫數(shù)據(jù)。
- drop_caches
向/proc/sys/vm/drop_caches文件中寫入數(shù)值可以使內(nèi)核釋放page cache，dentries和inodes緩存所占的內(nèi)存。
只釋放pagecache：
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
只釋放dentries和inodes緩存：
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
釋放pagecache、dentries和inodes緩存：
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
這個操作不是破壞性操作，臟的對象（比如臟頁）不會被釋放，因此要首先運行sync命令。
注：這個只能是手動釋放
測試
采用javaBIO不斷向一個文件寫入數(shù)據(jù)，通過pcstat觀察page cache的大小。文件初始狀態(tài)：
[root@node01 ~]# ll test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 0 Aug 1 19:58 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 0 | 0 | 0 | NaN | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
dirty_background_bytes測試
將臟頁閾值設(shè)置為10MB，臟頁存活時間設(shè)置為5000s，當臟頁大小不足10MB時，絕對不會被刷入磁盤，當臟頁大小超過10MB,但是存活時間不超過5000s時，滿足dirty_background_bytes的條件，被刷入磁盤。
#修改系統(tǒng)配置 [root@node01 ~]# vi /etc/sysctl.conf ... #便于測試，設(shè)為10485760 10mb vm.dirty_background_bytes = 10485760 #便于測試，設(shè)為104857600 100mb vm.dirty_bytes = 104857600 #便于測試，設(shè)為500000 5000s vm.dirty_writeback_centisecs = 500000 #便于測試，設(shè)為30000 5min vm.dirty_expire_centisecs = 30000 #加載系統(tǒng)配置 [root@node01 ~]# sysctl -p
當page cache大小超過10mb前，停止寫入，關(guān)閉電源，重啟設(shè)備。
關(guān)機前page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 1.7K Aug 1 20:20 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 1660 | 1 | 1 | 100.000 | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
掐斷電源，重啟。（注意，這里不能按正常流程重啟電源）
重啟后page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 0 Aug 1 20:20 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 0 | 0 | 0 | NaN | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
之前寫入的數(shù)據(jù)全部丟失，由于沒有達到后臺自動刷入磁盤的閾值（dirty_background_bytes），page cache內(nèi)的數(shù)據(jù)丟失。
當page cache大小超過10mb后，停止寫入，關(guān)閉電源，重啟設(shè)備。
關(guān)機前page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 37M Aug 1 20:26 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 37985420 | 9274 | 9274 | 100.000 | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
掐斷電源，重啟。（注意，這里不能按正常流程重啟電源）
重啟后page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 30M Aug 1 20:26 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 31035392 | 7577 | 0 | 000.000 | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
之前寫入的數(shù)據(jù)部分丟失，每次達到后臺自動刷入磁盤的閾值（dirty_background_bytes）時內(nèi)核都會進行一次刷入操作，而沒有達到閾值的部分就會丟失。關(guān)機前37M，關(guān)機后30M，自動刷入閾值設(shè)置為10M，37-10=7M，這7M數(shù)據(jù)沒有被刷入磁盤，重啟后丟失。
dirty_expire_centisecs測試
將臟頁閾值設(shè)置為100MB，檢測頻率設(shè)置為1s，臟頁存活時間設(shè)置為15s。這樣可以達到這樣一個測試目的，當我的page cache大小未到達100MB時，由于超過了存活時間15s,檢測的又很及時，幾乎可以被全部刷入磁盤。為什么說幾乎呢？因為不管怎么樣，靠檢測頻率自動刷入機制終究會丟失檢測真空期的數(shù)據(jù)。臟頁在每次刷入磁盤后重寫前都是干凈的狀態(tài)。
#修改系統(tǒng)配置 [root@node01 ~]# vi /etc/sysctl.conf ... #便于測試，設(shè)為104857600 100mb vm.dirty_background_bytes = 104857600 #便于測試，設(shè)為104857600 100mb vm.dirty_bytes = 104857600 #便于測試，設(shè)為1500 15s vm.dirty_writeback_centisecs = 1500 #便于測試，設(shè)為100 1s vm.dirty_expire_centisecs = 100 #加載系統(tǒng)配置 [root@node01 ~]# sysctl -p
當page cache大小超過100mb前，停止寫入,未超過15s，關(guān)閉電源，重啟設(shè)備。
關(guān)機前page cache狀態(tài)及文件大小。
-rw-r--r--. 1 root root 150 Aug 1 20:44 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 150 | 1 | 1 | 100.000 | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
掐斷電源，重啟。（注意，這里不能按正常流程重啟電源）
重啟后page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 0 Aug 1 20:44 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 0 | 0 | 0 | NaN | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
之前寫入的數(shù)據(jù)全部丟失，由于沒有超過臟頁存活時間，page cache內(nèi)的數(shù)據(jù)丟失。
當page cache存活超過15s后，關(guān)閉電源，重啟設(shè)備。
關(guān)機前page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 1.7K Aug 1 20:48 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 1680 | 1 | 1 | 100.000 | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
掐斷電源，重啟。（注意，這里不能按正常流程重啟電源）
重啟后page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 1.7K Aug 1 20:48 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 1680 | 1 | 1 | 100.000 | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
超過15s且被檢測到的數(shù)據(jù)全部保留
dirty_writeback_centisecs測試
將臟頁閾值設(shè)置為100MB，檢測頻率設(shè)置為15s，臟頁存活時間設(shè)置為1s。這樣可以達到這樣一個測試目的，當我的page cache大小未到達100MB時，且超過了存活時間1s,由于檢測的不及時，導(dǎo)致超過存活時間的數(shù)據(jù)還是沒有被刷入磁盤。
#修改系統(tǒng)配置 [root@node01 ~]# vi /etc/sysctl.conf ... #便于測試，設(shè)為104857600 100mb vm.dirty_background_bytes = 104857600 #便于測試，設(shè)為104857600 100mb vm.dirty_bytes = 104857600 #便于測試，設(shè)為100 1s vm.dirty_writeback_centisecs = 100 #便于測試，設(shè)為1500 15s vm.dirty_expire_centisecs = 1500 #加載系統(tǒng)配置 [root@node01 ~]# sysctl -p
當page cache大小超過100mb前，停止寫入,未超過15s，關(guān)閉電源，重啟設(shè)備。
關(guān)機前page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 550 Aug 1 21:02 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 550 | 1 | 1 | 100.000 | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
掐斷電源，重啟。（注意，這里不能按正常流程重啟電源）
重啟后page cache狀態(tài)及文件大小。
[root@node01 ~]# ll -h test.txt && pcstat test.txt -rw-r--r--. 1 root root 0 Aug 1 21:04 test.txt +----------+----------------+------------+-----------+---------+ | Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent | |----------+----------------+------------+-----------+---------| | test.txt | 0 | 0 | 0 | NaN | +----------+----------------+------------+-----------+---------+
之前寫入的數(shù)據(jù)全部丟失，雖然超過臟頁存活時間，但是沒有到檢測時間，page cache內(nèi)的數(shù)據(jù)丟失。
到此這篇關(guān)于Java page cache回寫機制案例詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java page cache回寫機制內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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