Модуль 5.3: Керування пам'яттю

Продуктивність Linux | Складність: [MEDIUM] | Час: 30–35 хв

Передумови

Перед початком цього модуля:

Обов’язково: Модуль 5.1: Метод USE
Обов’язково: Модуль 2.2: Контрольні групи (cgroups)
Бажано: Модуль 1.3: Ієрархія файлової системи

Що ви зможете робити після цього модуля

Після завершення цього модуля ви зможете:

Пояснити керування пам’яттю в Linux (віртуальна пам’ять, page cache, swap, OOM killer)
Діагностувати проблеми з пам’яттю за допомогою free, vmstat та /proc/meminfo
Налаштувати ліміти пам’яті та поведінку OOM killer для контейнерних навантажень
Передбачити, коли спрацює OOM killer та який процес він завершить

Чому цей модуль важливий

Пам’ять у Linux — це набагато більше, ніж просто «зайнято проти вільно». Ядро агресивно кешує дані, повертає сторінки під навантаженням і вбиває процеси, коли RAM закінчується. Розуміння цього механізму пояснює, чому контейнери отримують OOM Killed.

Розуміння керування пам’яттю допоможе вам:

Правильно встановлювати ліміти — розуміти, що насправді означає “used”.
Відлагоджувати OOM kills — чому ваш под був термінований?
Розуміти кешування — чому низький показник “free” не є проблемою.
Налаштовувати продуктивність — коли додавати swap, а коли — ні.

Ліміти пам’яті в Kubernetes — це “аварійний вимикач”, а не “педаль гальма”.

Пам’ять: Категорії та реальність

Команда `free -h`

# Подивитися розподіл пам'яті
free -h
#               total        used        free      shared  buff/cache   available
# Mem:           15Gi       4.2Gi       2.1Gi       512Mi        9.1Gi        10Gi

Категорія	Значення
total	Загальний обсяг встановленої RAM.
used	Пам’ять, що використовується (включаючи кеш).
free	Повністю порожня пам’ять (зазвичай її дуже мало).
buff/cache	Буфери та кеш файлової системи (можуть бути миттєво звільнені).
available	Скільки пам’яті реально доступно для нових програм.

Золоте правило: Оцінюйте систему за показником available, а не free.

OOM Killer (Out-Of-Memory Killer)

Коли пам’ять повністю вичерпана і ядро не може звільнити кеш, воно активує OOM Killer. Він вибирає “найгірший” процес і вбиває його, щоб врятувати систему.

Як він вибирає жертву?

Кожен процес має oom_score (0-1000). Чим вищий бал — тим більша ймовірність смерті. Бал залежить від споживання пам’яті та пріоритету (nice).

OOM в Kubernetes

Kubernetes налаштовує oom_score_adj для подів:

Guaranteed (limit=request): Найвищий захист.
Burstable (limit>request): Середній захист.
BestEffort (немає лімітів): Перші кандидати на вбивство.

Swap та контейнери

Swap — це файл або розділ на диску, куди ядро скидає сторінки пам’яті, що рідко використовуються.

У Kubernetes зазвичай вимикають Swap, оскільки:

Важко передбачити продуктивність (диск у 1000 разів повільніший за RAM).
Алгоритми планування K8s розраховані на фіксовані ресурси.
Коли починається активний “свопінг”, система починає “гальмувати” так сильно, що простіше вбити процес і перезапустити його на іншому вузлі.

Тест

Чому низький показник “free” пам’яті в Linux — це нормально?

Відповідь
Linux використовує всю вільну пам'ять для кешування дискових операцій (page cache), щоб прискорити систему. Ця пам'ять позначається як "available" і миттєво віддається програмам, якщо вона їм потрібна.
Яка різниця між лімітами CPU та лімітами Memory в Kubernetes?

Відповідь
Перевищення ліміту CPU призводить до сповільнення (throttling). Перевищення ліміту Memory призводить до негайного вбивства процесу (OOM Kill). Пам'ять — це "не-стислий" ресурс.
Який бал oom_score має процес, який ви точно не хочете вбивати?

Відповідь
Найнижчий можливий (близький до 0 або негативне значення в `oom_score_adj`).
Що таке “available” пам’ять у виводі free?

Відповідь
Це сума вільної пам'яті та частини кешу, яку ядро може безпечно звільнити без шкоди для стабільності системи. Це реальний обсяг пам'яті для ваших програм.

Практична вправа

Завдання: Дослідити споживання пам’яті та кеш.

Перевірте стан пам’яті:
Terminal window
```
free -h
```
Знайдіть свій oom_score:
Terminal window
```
cat /proc/$$/oom_score
```
Спробуйте очистити кеш (тільки якщо ви root):
Terminal window
```
sync; echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
```
Подивіться, як змінився показник free (він має зрости, а cache — зменшитися).

Критерії успіху: Ви вмієте розрізняти free та available пам’ять і знаєте, як знайти OOM бал процесу.

Підсумок

Кеш — це добре. Linux використовує RAM ефективно.
Available — головна метрика. Free не має значення.
Memory limit — жорсткий. Перевищення = смерть процесу.
Swap у Kubernetes зазвичай шкідливий.

Далі: Модуль 5.4: Продуктивність I/O — дізнайтеся про дискові операції, вузькі місця сховищ та вибір файлових систем.