Linux 系統效能監測：虛擬記憶體管理與 vmstat 實戰分析

虛擬記憶體管理是 Linux 核心最複雜的子系統之一。本文聚焦與效能監測直接相關的兩個核心執行緒 kswapd 與 pdflush，並透過 vmstat 實戰解讀記憶體壓力指標。

核心記憶體管理執行緒

1. kswapd：頁面回收守護進程

• 監控 pages_high、pages_low、pages_min 三個水位線
• 可用記憶體 < pages_low 時喚醒，掃描並釋放 32 頁為單位，直到 > pages_high
• 掃描三類頁面處理邏輯：
  1. 未修改 (Clean) → 直接放入可用清單
  2. 檔案系統修改 (Dirty, file-backed) → 寫回磁碟 (writeback)
  3. 匿名頁修改 (Anonymous dirty) → 寫入 Swap 區

2. pdflush (舊核心) / flush-x (新核心) : 髒頁回寫

• 負責將檔案系統相關的髒頁定期回寫磁碟
• 觸發條件由 vm.dirty_background_ratio (預設 10%) 與 vm.dirty_ratio (預設 20%) 控制
• 查看參數：sysctl vm.dirty_background_ratio

vmstat 關鍵欄位深度解讀

# vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs  us sy id wa st
 0  3 252696   2432    268   7148 3604 2368  3608  2372  288  288   0  0 21 78  1
 0  2 253484   2216    228   7104 5368 2976  5372  3036  930  519   0  0  0 100  0

實戰案例分析：記憶體壓力導致大量 Swap

觀察上述輸出：

1. free 維持極低 (~2-3 MB)，系統維持在最小可用記憶體邊緣
2. swpd 持續增長 (252M → 262M)，so (Swap out) 持續發生
3. buff 從 268 降至 128，kswapd 正侵佔 buffer 空間
4. wa (I/O wait) 高達 78-100%，CPU 大部分時間在等磁碟

結論：系統實體記憶體嚴重不足，觸發 vm.dirty_background_ratio=10% 導致 pdflush/kswapd 瘋狂回寫髒頁與換出匿名頁，磁碟 I/O 成為瓶頸，整體效能崩潰。

調優建議

• 增加實體記憶體：根治之道
• 調整 Swappiness：sysctl vm.swappiness=10 (預設 60)，降低主動換出傾向
• 調整髒頁比例：vm.dirty_background_ratio=5, vm.dirty_ratio=10，更積極回寫，避免瞬間大量 I/O
• 使用 SSD/NVMe 做 Swap：大幅降低換頁延遲
• 啟用 zswap/zram：記憶體中壓縮 Swap，減少磁碟 I/O
• 應用層優化：檢查記憶體洩漏、減少緩存佔用、分頁處理大數據

總結

vmstat 是診斷記憶體壓力的「聽診器」。關鍵在於觀察 si/so 持續非零、wa 高、free 長期極低 三大鐵律。理解 kswapd/pdflush 機制，才能從根源解決 Swap 暴增問題，而非單純調大 Swap 分區。