centos下使用jemalloc解决Mysql内存泄漏问题

灰太狼 2024-03-24 18:29 14阅读 0赞

参考：　MySQL bug：[https://bugs.mysql.com/bug.php?id=83047&tdsourcetag=s\_pcqq\_aiomsg ][https_bugs.mysql.com_bug.php_id_83047_tdsourcetag_s_pcqq_aiomsg]

[https://github.com/jemalloc/jemalloc/blob/dev/INSTALL.md][https_github.com_jemalloc_jemalloc_blob_dev_INSTALL.md]

（1）ptmalloc 是glibc的内存分配管理

（2）tcmalloc 是google的内存分配管理模块

（3）jemalloc 是BSD的提供的内存分配管理 (可以**使用jemalloc优化Nginx**)

三者jemalloc和tcmalloc的性能不分伯仲，而ptmalloc则要低一些

1、下载最新版jemalloc

git clone https://github.com/jemalloc/jemalloc

cd jemalloc

\[root@bogon jemalloc\]\# cat VERSION  
5.1.0-108-gc4063ce439523d382f2dfbbc5bf6da657e6badb0

2、安装步骤：

**./autogen.sh**

**./configure**

**make**

**make install**

\[root@bogon jemalloc\]\# make install

/usr/bin/install -c -d /usr/bin  
/usr/bin/install -c -m 755 bin/jemalloc-config /usr/bin  
/usr/bin/install -c -m 755 bin/jemalloc.sh /usr/bin  
/usr/bin/install -c -m 755 bin/jeprof /usr/bin  
/usr/bin/install -c -d /usr/include/jemalloc  
/usr/bin/install -c -m 644 include/jemalloc/jemalloc.h /usr/include/jemalloc  
/usr/bin/install -c -d /usr/lib  
/usr/bin/install -c -m 755 lib/libjemalloc.so.2 /usr/lib  
ln -sf libjemalloc.so.2 /usr/lib/libjemalloc.so  
/usr/bin/install -c -d /usr/lib  
/usr/bin/install -c -m 755 lib/libjemalloc.a /usr/lib  
/usr/bin/install -c -m 755 lib/libjemalloc\_pic.a /usr/lib  
/usr/bin/install -c -d /usr/lib/pkgconfig  
/usr/bin/install -c -m 644 jemalloc.pc /usr/lib/pkgconfig  
/usr/bin/install -c -d /usr/share/doc/jemalloc  
/usr/bin/install -c -m 644 doc/jemalloc.html /usr/share/doc/jemalloc  
/usr/bin/install: cannot stat ‘doc/jemalloc.html’: No such file or directory  
make: \*\*\* \[install\_doc\_html\] Error 1  
\[root@bogon jemalloc\]\#

默认安装目录：

PREFIX : /usr/local  
BINDIR : /usr/local/bin  
DATADIR : /usr/local/share  
INCLUDEDIR : /usr/local/include  
LIBDIR : /usr/local/lib  
MANDIR : /usr/local/share/man

**3、配置mysqld使用jemalloc，需要将配置写到\[mysqld\_safe\] section**

\[mysqld\_safe\]  
malloc-lib=/usr/local/lib/libjemalloc.so

**4. 如果直接使用sqld启动，**

**export LD\_PRELOAD=/usr/local/lib/libjemalloc.so**

然后启动sqld

5、查看jemalloc是否生效

**lsof -n |grep jemalloc**

\[root@localhost mysql3306\]\# lsof -n |grep jemalloc  
bash 11223 root cwd DIR 253,0 4096 35178 /software/jemalloc  
mysqld 17475 mysql mem REG 253,0 4291512 18480172 /usr/lib/libjemalloc.so.2  
mysqld 17475 17482 mysql mem REG 253,0 4291512 18480172 /usr/lib/libjemalloc.so.2  
mysqld 17475 17483 mysql mem REG 253,0 4291512 18480172 /usr/lib/libjemalloc.so.2  
mysqld 17475 17484 mysql mem REG 253,0 4291512 18480172 /usr/lib/libjemalloc.so.2

显示以上信息说明mysql已经成功加载jemalloc

或者

## 使用jemalloc(或tcmalloc)优化MYSQL（安装步骤） ##

malloc

1.      wget 
        tar xjf jemalloc-3.4.0.tar.bz2
        cd jemalloc-3.4.0
        ./configure --prefix=/usr/local/jemalloc --libdir=/usr/local/lib make && make install
        echo '/usr/local/lib' > /etc/ld.so.conf.d/local.conf
        ldconfig
    
    \[root@host-192-168-1-56 mysql\]\# cp /usr/local/lib/libjemalloc.so /usr/lib64/mysql/libjemalloc.so

### mysql使用jemalloc ###

1.  修改配置文件
2.  \[mysqld\_safe\]  
    malloc-lib=/usr/lib64/mysql/libjemalloc.so \#\#\#指定libjemalloc.so 即可

### 重启mysql检查是否生效 ###

1.  \[root@host-192-168-1-56 mysql\]\# lsof -n | grep jemalloc  
    mysqld 6032 mysql mem REG 252,1 4781206 320288 /usr/lib64/mysql/libjemalloc.so

### MySQL使用Jemalloc ###

鉴于jemalloc的诸多优点，计划使用jemalloc作为内存管理器来优化MySQL，下面是测试环境。

#### 测试环境 ####

CPU: ARM64  
Memory: 512GB  
OS: CentOS Linux release 8.3.2011  
Kernel: 4.18.0-193.28.1.el8\_2.aarch64  
MySQL: 8.0.25  
Test Tool: SysBench 1.0.20  
Jemalloc: 5.2.1

#### jemalloc的安装和使用 ####

# wget https://github.com/jemalloc/jemalloc/archive/refs/tags/5.2.1.tar.gz -O jemalloc-5.2.1.tar.gz
    # tar xzvf jemalloc-5.2.1.tar.gz
    # cd jemalloc-5.2.1
    # ./autogen.sh
    //安装到指定目录
    # ./configure --prefix=/home/test-user/jemalloc-5.2.1-install
    //编译并安装
    # make; make install
    //配置环境变量
    # export LD_PRELOAD=/home/test-user/jemalloc-5.2.1-install/lib/libjemalloc.so

安装好MySQL后，通过如下命令检查jemalloc是否被正常使用（MySQL的安装请参考官方步骤，这里不再赘述）

# lsof -n |grep jemalloc

下图显示MySQL已经正常使用jemalloc

![title=][title]

#### 测试用例 ####

sysbench启动80个线程对MySQL进行读写压测。

### 异常问题 ###

压测过程中发现内存使用“异常”：MySQL进程占用的物理内存超过了100GB。

![title=][title 1]

不使用jemalloc切换回默认的glibc后，内存占用降低到了7GB，和以往的测试结果一致。

![title=][title 2]

从测试结果看，使用jemalloc作为内存管理器时内存使用量激增，需要进一步分析原因。内存使用量是否合理？是否和架构相关？

[回到顶部][Link 1]

### 问题分析 ###

#### 第一阶段分析 ####

###### 1. 复现“问题” ######

首先需要确定该“问题”是否在x86架构上也存在，是否和操作系统或内核版本相关。

为了快速验证以上疑问，在AWS上分别创建x86实例(m5)和arm64实例(m6g)进行测试, 并没有复现“问题”。这两个实例默认的操作系统是Amazon Linux 2，而本地测试时使用的是CentOS8，在m6g上安装CentOS8重新测试，“问题”复现。测试结果如下：

![title=][title 3]

###### 2. 对比分析 ######

对比测试环境，分析它们不同点，我们发现该“问题”只有在内核page size是64KB时才会出现。

另外，根据前文介绍，jemalloc中extent会基于page size分配内存。而且，深入分析jemalloc代码后还发现有多个数据结构的内存分配都涉及到page size，比如size\_class, bin, extents, arena等等。

页表在操作系统中作为最基础的内存分配结构，ARM64支持4K、16K、64K不同大小的页表，x86只支持4KB。而本地测试使用的ARM64 CentOS的默认page size就是64KB，所以初步判断该“问题”和page size的配置相关。

###### 3. 解决方法 ######

即然ARM64架构支持多种page size，而page size为4KB时没有出现问题，那么可以修改ARM64 CentOS8的内核默认的page size来解决该"问题"。

###### 修改page size方法 ######

由于内核当前页表大小只支持静态配置，不支持动态修改，所以需要重新编译内核。  
修改方法如下：

*  在 [https://www.kernel.org/][https_www.kernel.org] 获取需要的内核版本
 *  解压并修改内核配置参数
    
        # tar xf linux-x.x.x.tar.xz
        # cd linux-x.x.x
        # cp /boot/config-xxx .config
        # make menuconfig
    
    在图形菜单中找到“Kernel Features-> Page size”，选择4KB并保存配置
    
    ![title=][title 4]
 *  编译并安装新的内核
    
        # make -j
        # make modules_install
        # make install
 *  重启进入新的内核，参看page size是否修改成功
    
        # getconf PAGE_SIZE
        4096

###### 4. 验证 ######

修改page size为4KB后重新测试，jemalloc内存使用量和glibc接近。测试结果如下：

![title=][title 5]

###### 5. 潜在问题 ######

至此该“问题”似乎可以通过修改page size来解决。但是，如果用户仍然需要使用64KB的页表，该方法将不再适用。

实际上，jemalloc本身支持编译参数“--with-lg-page=16”，该参数可以使jemalloc在page size为4KB时复用多个页面来达到使用64KB页面的效果。

尝试在4KB page size的系统下加入该编译参数，并没有出现内存使用量激增的现象。

这说明除了page size，还有其他因素影响了jemalloc的内存分配，仍然需要进一步分析。

#### 第二阶段分析 ####

###### 1. micro-benchmark ######

通过以上测试发现该“问题”和MySQL并没有直接关系。为了简化分析和复现过程，单独开发了一个micro-benchmark [https://github.com/machuang1983/jemalloc\_micro\_benchmark][https_github.com_machuang1983_jemalloc_micro_benchmark]

该程序用于建立多个线程，每个线程分配一定内存，程序运行过程中实时打印进程的内存使用情况。

通过micro-benchmark可以快速复现问题。测试结果显示，每新建一个线程就会消耗1GB左右的内存。测试结果如下：

![image.png][]

再次简化测试，直接运行单线程程序，如sleep 100，进程就会占用1GB内存。

![title=][title 6]

由此看见，jemalloc针对一个线程进行内存初始化分配时就会分配1GB内存。需要深入分析jemalloc具体的分配机制。

###### 2. 深入分析jemalloc代码 ######

按前文所述，jemalloc的内存分配涉及到多个数据结构，我们结合gdb单步执行来分析jemalloc代码，同时实时查看内存占用的变化，由此定位到关键代码。

调试过程中发现，base会基于默认的hugepage size分配内存，分配之后监控到内存使用量突然增大，具体代码在 [https://github.com/jemalloc/jemalloc/blob/dev/src/base.c\#L46-L49][https_github.com_jemalloc_jemalloc_blob_dev_src_base.c_L46-L49]

![title=][title 7]

继续搜索hugepage size相关代码，还发现另一处使用它来分配内存，代码在[https://github.com/jemalloc/jemalloc/blob/master/src/arena.c\#L2052][https_github.com_jemalloc_jemalloc_blob_master_src_arena.c_L2052]

![title=][title 8]

由此可见除了page size，hugepage size对jemalloc的内存分配也有影响。通常hugepage size比page size大得多，所以hugepage size的影响会更大。

###### 3. hugepage ######

内存管理采用"分页机制"，但是当运行内存需求量较大时，默认page大小的页面会导致较多的TLB miss和缺页中断，从而大大影响应用程序性能。所以，有些场景希望可以使用更大的内存页作为映射单位，因此引入了hugepage。

不同架构支持的hugepage size不同，见下表：

![title=][title 9]

###### 4. 解决方法 ######

ARM64 CentOS在page size=64KB时，默认hugepage size是512MB，jemalloc的base会以512MB来分配内存，而当page size=4KB时，默认hugepage size是2MB。所以回顾前面的测试，修改page size后问题消失的主要原因是默认的hugepage size改变导致的。

###### 默认hugepage size修改方法 ######

1.  修改启动参数“default\_hugepagesz=2M”  
    ARM64支持多种hugepage size，可以使用hugepagesz启动参数进行调整，无需重新编译内核。
    
     *  永久修改
        
         *  Centos: Set default\_hugepagesz=2M in /boot/grub2/grubenv file
         *  Ubuntu: Set default\_hugepagesz=2M to GRUB\_CMDLINE\_LINUX in /etc/default/grub file, then run “update-grub”
     *  临时修改
        
         *  内核启动时，输入"e"进入修改启动选项界面，加入参数“default\_hugepagesz=2M”，然后输入"ctrl+x"启动内核。
2.  jemalloc编译参数"--with-lg-hugepage=21"  
    jemalloc支持编译参数"--with-lg-hugepage=21"，替代系统的默认的hugepage size为2MB。建议使用该方法。

###### 5. 验证 ######

修改默认hugepage size后测试结果(sysbench使用256线程压测)如下：

![title=][title 10]

测试结果显示，将hugepage size改为2MB以后，jemalloc的内存使用情况和glibc接近。

[回到顶部][Link 1]

### 总结 ###

该"问题"和架构无关，jemalloc作为内存管理器，如果默认hugepage size较大，会导致软件占用较大的内存，jemalloc提供了编译参数"--with-lg-hugepage=21"来降低这个影响。

由于ARM64支持更多类型的page size和hugepage size，用以提升软件的性能。所以用户在ARM64系统上使用jemalloc时，需要关注默认的page size和hugepage size，并根据具体需求做出相应的调整。

[https_bugs.mysql.com_bug.php_id_83047_tdsourcetag_s_pcqq_aiomsg]: https://bugs.mysql.com/bug.php?id=83047&tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg%20
[https_github.com_jemalloc_jemalloc_blob_dev_INSTALL.md]: https://github.com/jemalloc/jemalloc/blob/dev/INSTALL.md
[title]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/99c45131e9b7478ba586a2530a5d4970.png
[title 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/d4dabe0f146d4deeb530d2318bb4ed06.png
[title 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/2b29590ddbcb49b092242d8396b609e3.png
[Link 1]: https://www.cnblogs.com/gered/p/16899608.html#_labelTop
[title 3]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/de4eecd82fb54c4195c9b95b27b1de79.png
[https_www.kernel.org]: https://aijishu.com/link?target=https%3A%2F%2Fwww.kernel.org%2F
[title 4]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/65e8d8ec2c9140559fa2bbee3a477ace.png
[title 5]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/5646189e4d3b46818a969d584586d4df.png
[https_github.com_machuang1983_jemalloc_micro_benchmark]: https://aijishu.com/link?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fmachuang1983%2Fjemalloc_micro_benchmark
[image.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/9b4c5a502d8547edab4594bb6d64ed90.png
[title 6]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/cd47ab7427f24c79ad91b02fbade0625.png
[https_github.com_jemalloc_jemalloc_blob_dev_src_base.c_L46-L49]: https://aijishu.com/link?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fjemalloc%2Fjemalloc%2Fblob%2Fdev%2Fsrc%2Fbase.c%23L46-L49
[title 7]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/28c00139f4164813a14df389470864d2.png
[https_github.com_jemalloc_jemalloc_blob_master_src_arena.c_L2052]: https://aijishu.com/link?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fjemalloc%2Fjemalloc%2Fblob%2Fmaster%2Fsrc%2Farena.c%23L2052
[title 8]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/1122592b41b24844b817d4260ebd3eb8.png
[title 9]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/e8c0f66967ca4a3c8163da2d803f393e.png
[title 10]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/24c24fc2a83d4c3b9474e34326361aae.png