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一次内存“卡顿”全流程实战分析：从制造问题到优化解决

news 2025/7/7 7:39:17

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一次内存“卡顿”全流程实战分析：从制造问题到优化解决

让你真正学会用代码+工具定位和优化内存瓶颈！

一、实战目标

复现 UI 场景常见的“分配卡顿”问题
用压力脚本+perf+buddyinfo精准定位瓶颈
给出代码级的优化方案

二、复现场景：用 C 代码制造“内存碎片/卡顿”

1. 测试代码1：反复大块分配+释放（制造碎片）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define ALLOC_SIZE (8*1024*1024) // 8MBint main() {for (int i = 0; i < 1000; i++) {char *p = (char*)malloc(ALLOC_SIZE);if (p == NULL) {printf("malloc failed at %d\n", i);break;}memset(p, 0, ALLOC_SIZE);usleep(10000);  // 10msfree(p);if (i % 50 == 0) {printf("loop %d\n", i);system("cat /proc/buddyinfo | grep Normal");}}return 0;
}

用途：反复分配大块、释放，快速制造物理内存碎片，模拟 UI 切换频繁分配 buffer 的场景。

2. 压力脚本：多进程并发制造极端压力

# bash 脚本，同时启动 8 个压力进程
for i in $(seq 1 8); do./alloc_stress &
done
wait

三、采集分析数据

1. 采集 buddyinfo

持续运行脚本的同时，另开终端持续采样：

watch -n 1 "cat /proc/buddyinfo | grep Normal"

预期现象：

高阶 order 8/9 空闲很快减少，最终低阶页也下降，碎片化加重。

2. perf 采集热点

启动压力脚本期间，采集全局性能数据：

perf record -a -g -o perf.data
sleep 20      # 或直到压力脚本运行结束
perf report

3. 典型 perf report 日志片段

在这里插入图片描述

解读：

compact_zone、try_to_free_pages 这类热点占比极高，说明内核忙于碎片整理和回收页，分配卡顿正是因为它们变成热点！
用户进程的分配调用（__alloc_pages_nodemask）紧随其后，也说明分配处于“慢路径”。
如果看到 kswapd0 CPU 消耗高，系统分配已极度“亚健康”。

4. ftrace 精细跟踪分配慢路径（选做）

如需进一步精确分配慢点：

cd /sys/kernel/debug/tracing
echo function_graph > current_tracer
echo __alloc_pages_nodemask > set_graph_function
echo 1 > tracing_on
# 再次触发压力分配
sleep 3; echo 0 > tracing_on
cat trace | head -100

重点看：单次分配是否耗时明显增大，是否有 compact_zone、kswapd、try_to_free_pages 等分支出现。

四、问题现象与瓶颈总结

1. buddyinfo 实时变化

# 某时刻
Normal   12   8   2   0   0   0   0   0   0   0

高阶全部为0，大块分配一定卡顿甚至失败
低阶也变少，小分配都可能进入慢路径，频繁回收，UI响应变差

2. perf report 热点直指内存回收/整理

绝非 CPU 计算问题，根本是内存分配的回收/碎片瓶颈！

五、优化实战

1. 核心优化思路

尽量避免频繁大块分配/释放，采用全局/静态 buffer 复用策略
适当提升 min_free_kbytes（例如 64MB），让系统更“保守”地分配和回收
```
echo 65536 > /proc/sys/vm/min_free_kbytes
```
UI 场景下可提前分配并复用大缓存，减少 runtime malloc/free

2. 优化代码示例

推荐：全局缓冲区复用

static char *ui_cache_buf = NULL;void init_ui_buffer() {if (!ui_cache_buf) {ui_cache_buf = malloc(8 * 1024 * 1024);  // 预分配8MBmemset(ui_cache_buf, 0, 8 * 1024 * 1024);}
}void use_ui_buffer() {// 每次只清空、重用，不再反复分配memset(ui_cache_buf, 0, 8 * 1024 * 1024);
}