但凡初次接觸MongoDB的人，無(wú)不驚訝于它對(duì)內(nèi)存的貪得無(wú)厭，至于個(gè)中緣由，我先講講Linux是如何管理內(nèi)存的，再說(shuō)說(shuō)MongoDB是如何使用內(nèi)存的，答案自然就清楚了。
據(jù)說(shuō)帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)更有效，那就先看一個(gè)MongoDB服務(wù)器的top命令結(jié)果：
shell> top -p $(pidof mongod)
Mem: 32872124k total, 30065320k used, 2806804k free, 245020k buffers
Swap: 2097144k total, 100k used, 2097044k free, 26482048k cached
VIRT RES SHR %MEM
1892g 21g 21g 69.6
這臺(tái)MongoDB服務(wù)器有沒(méi)有性能問(wèn)題？大家可以一邊思考一邊繼續(xù)閱讀。
先講講Linux是如何管理內(nèi)存的
在Linux里（別的系統(tǒng)也差不多），內(nèi)存有物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存之說(shuō)，物理內(nèi)存是什么自然無(wú)需解釋，虛擬內(nèi)存實(shí)際是物理內(nèi)存的抽象，多數(shù)情況下，出于方便性的考慮，程序訪問(wèn)的都是虛擬內(nèi)存地址，然后操作系統(tǒng)會(huì)通過(guò)Page Table機(jī)制把它翻譯成物理內(nèi)存地址，詳細(xì)說(shuō)明可以參考Understanding Memory和Understanding Virtual Memory，至于程序是如何使用虛擬內(nèi)存的，可以參考Playing with Virtual Memory，這里就不多費(fèi)口舌了。
很多人會(huì)把虛擬內(nèi)存和Swap混為一談，實(shí)際上Swap只是虛擬內(nèi)存引申出的一種技術(shù)而已：操作系統(tǒng)一旦物理內(nèi)存不足，為了騰出內(nèi)存空間存放新內(nèi)容，就會(huì)把當(dāng)前物理內(nèi)存中的內(nèi)容放到交換分區(qū)里，稍后用到的時(shí)候再取回來(lái)，需要注意的是，Swap的使用可能會(huì)帶來(lái)性能問(wèn)題，偶爾為之無(wú)需緊張，糟糕的是物理內(nèi)存和交換分區(qū)頻繁的發(fā)生數(shù)據(jù)交換，這被稱之為Swap顛簸，一旦發(fā)生這種情況，先要明確是什么原因造成的，如果是內(nèi)存不足就好辦了，加內(nèi)存就可以解決，不過(guò)有的時(shí)候即使內(nèi)存充足也可能會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題，比如MySQL就有可能出現(xiàn)這樣的情況，一個(gè)可選的解決方法是限制使用Swap：
shell> sysctl -w vm.swappiness=0
查看內(nèi)存情況最常用的是free命令：
shell> free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 32101 29377 2723 0 239 25880
-/+ buffers/cache: 3258 28842
Swap: 2047 0 2047
新手看到used一欄數(shù)值偏大，free一欄數(shù)值偏小，往往會(huì)認(rèn)為內(nèi)存要用光了。其實(shí)并非如此，之所以這樣是因?yàn)槊慨?dāng)我們操作文件的時(shí)候，Linux都會(huì)盡可能的把文件緩存到內(nèi)存里，這樣下次訪問(wèn)的時(shí)候，就可以直接從內(nèi)存中取結(jié)果，所以cached一欄的數(shù)值非常的大，不過(guò)不用擔(dān)心，這部分內(nèi)存是可回收的，操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存管理器會(huì)按照LRU算法淘汰冷數(shù)據(jù)。還有一個(gè)buffers，也是可回收的，不過(guò)它是保留給塊設(shè)備使用的。
知道了原理，我們就可以推算出系統(tǒng)可用的內(nèi)存是free + buffers + cached：
shell> echo $((2723 + 239 + 25880))
28842
至于系統(tǒng)實(shí)際使用的內(nèi)存是used – buffers – cached：
shell> echo $((29377 - 239 - 25880))
3258
除了free命令，還可以使用sar命令：
shell> sar -r
kbmemfree kbmemused %memused kbbuffers kbcached
3224392 29647732 90.19 246116 26070160
shell> sar -W
pswpin/s pswpout/s
0.00 0.00
希望你沒(méi)有被%memused嚇到，如果不幸言中，重讀本文。
再說(shuō)說(shuō)MongoDB是如何使用內(nèi)存的
目前，MongoDB使用的是內(nèi)存映射存儲(chǔ)引擎，它會(huì)把數(shù)據(jù)文件映射到內(nèi)存中，如果是讀操作，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)起到緩存的作用，如果是寫(xiě)操作，內(nèi)存還可以把隨機(jī)的寫(xiě)操作轉(zhuǎn)換成順序的寫(xiě)操作，總之可以大幅度提升性能。MongoDB并不干涉內(nèi)存管理工作，而是把這些工作留給操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存管理器去處理，這樣做的好處是簡(jiǎn)化了MongoDB的工作，但壞處是你沒(méi)有方法很方便的控制MongoDB占多大內(nèi)存，幸運(yùn)的是虛擬內(nèi)存管理器的存在讓我們多數(shù)時(shí)候并不需要關(guān)心這個(gè)問(wèn)題。
MongoDB的內(nèi)存使用機(jī)制讓它在緩存重建方面更有優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)而言之：如果重啟進(jìn)程，那么緩存依然有效，如果重啟系統(tǒng)，那么可以通過(guò)拷貝數(shù)據(jù)文件到/dev/null的方式來(lái)重建緩存，更詳細(xì)的描述請(qǐng)參考：Cache Reheating – Not to be Ignored。
有時(shí)候，即便MongoDB使用的是64位操作系統(tǒng)，也可能會(huì)遭遇OOM問(wèn)題，出現(xiàn)這種情況，多半是因?yàn)橄拗屏藘?nèi)存的大小所致，可以這樣查看當(dāng)前值：
shell> ulimit -a | grep memory
多數(shù)操作系統(tǒng)缺省都是把它設(shè)置成unlimited的，如果你的操作系統(tǒng)不是，可以這樣修改：
shell> ulimit -m unlimited
shell> ulimit -v unlimited
注：ulimit的使用是有上下文的，最好放在MongoDB的啟動(dòng)腳本里。
有時(shí)候，MongoDB連接數(shù)過(guò)多的話，會(huì)拖累性能，可以通過(guò)serverStatus查詢連接數(shù)：
mongo> db.serverStatus().connections
每個(gè)連接都是一個(gè)線程，需要一個(gè)Stack，Linux下缺省的Stack設(shè)置一般比較大：
shell> ulimit -a | grep stack
stack size (kbytes, -s) 10240
至于MongoDB實(shí)際使用的Stack大小，可以用如下命令確認(rèn)（單位：K）：
shell> cat /proc/$(pidof mongod)/limits | grep stack | awk -F 'size' '{print int($NF)/1024}'
如果Stack過(guò)大（比如：10240K）的話沒(méi)有意義，簡(jiǎn)單對(duì)照命令結(jié)果中的Size和Rss：
shell> cat /proc/$(pidof mongod)/smaps | grep 10240 -A 10
所有連接消耗的內(nèi)存加起來(lái)會(huì)相當(dāng)驚人，推薦把Stack設(shè)置小一點(diǎn)，比如說(shuō)1024：
shell> ulimit -s 1024
注：從MongoDB1.8.3開(kāi)始，MongoDB會(huì)在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)設(shè)置Stack。
有時(shí)候，出于某些原因，你可能想釋放掉MongoDB占用的內(nèi)存，不過(guò)前面說(shuō)了，內(nèi)存管理工作是由虛擬內(nèi)存管理器控制的，幸好可以使用MongoDB內(nèi)置的closeAllDatabases命令達(dá)到目的：
mongo> use admin
mongo> db.runCommand({closeAllDatabases:1})
另外，通過(guò)調(diào)整內(nèi)核參數(shù)drop_caches也可以釋放緩存：
shell> sysctl -w vm.drop_caches=1
平時(shí)可以通過(guò)mongo命令行來(lái)監(jiān)控MongoDB的內(nèi)存使用情況，如下所示：
mongo> db.serverStatus().mem:
{
"resident" : 22346,
"virtual" : 1938524,
"mapped" : 962283
}
還可以通過(guò)mongostat命令來(lái)監(jiān)控MongoDB的內(nèi)存使用情況，如下所示：
shell> mongostat
mapped vsize res faults
940g 1893g 21.9g 0
其中內(nèi)存相關(guān)字段的含義是：
- mapped：映射到內(nèi)存的數(shù)據(jù)大小
- visze：占用的虛擬內(nèi)存大小
- res：占用的物理內(nèi)存大小
注：如果操作不能在內(nèi)存中完成，結(jié)果faults列的數(shù)值不會(huì)是0，視大小可能有性能問(wèn)題。
在上面的結(jié)果中，vsize是mapped的兩倍，而mapped等于數(shù)據(jù)文件的大小，所以說(shuō)vsize是數(shù)據(jù)文件的兩倍，之所以會(huì)這樣，是因?yàn)楸纠校琈ongoDB開(kāi)啟了journal，需要在內(nèi)存里多映射一次數(shù)據(jù)文件，如果關(guān)閉journal，則vsize和mapped大致相當(dāng)。
如果想驗(yàn)證這一點(diǎn)，可以在開(kāi)啟或關(guān)閉journal后，通過(guò)pmap命令來(lái)觀察文件映射情況：
shell> pmap $(pidof mongod)
到底MongoDB配備多大內(nèi)存合適？寬泛點(diǎn)來(lái)說(shuō)，多多益善，如果要確切點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這實(shí)際取決于你的數(shù)據(jù)及索引的大小，內(nèi)存如果能夠裝下全部數(shù)據(jù)加索引是最佳情況，不過(guò)很多時(shí)候，數(shù)據(jù)都會(huì)比內(nèi)存大，比如本文所涉及的MongoDB實(shí)例：
mongo> db.stats()
{
"dataSize" : 1004862191980,
"indexSize" : 1335929664
}
本例中索引只有1G多，內(nèi)存完全能裝下，而數(shù)據(jù)文件則達(dá)到了1T，估計(jì)很難找到這么大內(nèi)存，此時(shí)保證內(nèi)存能裝下熱數(shù)據(jù)即可，至于熱數(shù)據(jù)是多少，取決于具體的應(yīng)用，你也可以通過(guò)觀察faults的大小來(lái)判斷當(dāng)前內(nèi)存是否能夠裝下熱數(shù)據(jù)，如果faults持續(xù)變大，就說(shuō)明當(dāng)前內(nèi)存已經(jīng)不能滿足熱數(shù)據(jù)的大小了。如此一來(lái)內(nèi)存大小就明確了：內(nèi)存 > 索引 + 熱數(shù)據(jù)，最好有點(diǎn)富余，畢竟操作系統(tǒng)本身正常運(yùn)轉(zhuǎn)也需要消耗一部分內(nèi)存。
關(guān)于MongoDB與內(nèi)存的話題，大家還可以參考官方文檔中的相關(guān)介紹。