ZFS ARC 調校：上限、限制與應監測的指標

ZFS 預設會默默佔用系統約一半的 RAM 作為讀取快取；若在不合適的伺服器上運行，這將導致交換區活動、OOM 強制終止，或是資料庫與檔案系統爭奪記憶體資源。ZFS ARC 調校的重點在於決定 ARC 實際可保留多少 RAM，以及為了設定此限制而必須放棄哪些資源。 本文將探討 ARC 如何使用記憶體、在進行任何調整前應先測量的項目、值得變更的幾項可調參數，以及針對檔案伺服器、虛擬化平台、資料庫和備份目標的合理起始設定。關於 ZFS 的快照功能，請參閱我們的 ZFS 快照指南。

在進行任何調校前，請先測量 ARC

在取得正常繁忙時段的基準數值之前，請勿變更任何可調參數。在非繁忙時段擷取的快照會引導您走向錯誤的方向。夜間備份、每週報告和批次工作通常是 ARC 行為表現出特殊情況的時段，因此請擷取數天的數據。

以下三項工具可滿足您的大部分需求：

• arcstat 1 可即時滾動顯示命中與未命中計數器、需求與預取活動，以及當前 ARC 大小。請於負載測試及備份時段使用此工具。
• arc_summary 可輸出單一快照：包含 ARC 大小與目標值、MFU/MRU 比例、元資料比率，以及當前可調參數。執行 arc_summary -s arc 此指令僅顯示 ARC 相關部分。
• 原始計數器位於 /proc/spl/kstat/zfs/arcstats ，並位於 kstat.zfs.misc 及 vfs.zfs sysctl 樹中。請從監控系統中擷取這些資料，而非解析格式化的輸出。

在進行任何變更前值得記錄的計數器：

此處有兩點常見誤解。請關注「可用記憶體」，而非「閒置記憶體」；Linux 會將低閒置 RAM 視為穩定狀態並樂於報告，但僅此一點本身並非問題。 真正需要關注的訊號是「可用記憶體」接近零，同時伴隨持續的交換活動（《Linux 記憶體管理入門》一文中已說明原因）。此外，應將命中率視為趨勢，而非目標。若系統正在進行交換，即使命中率達到 99%，也代表調校失敗，而非成功。

四項關鍵的 ARC 可調參數

大多數生產環境的調校最終都歸結於這四項設定。請根據基準測試中實際測得的壓力來調整設定。切換活動的重點在於 zfs_arc_max。若熱快取不斷被清除，則表示需回收流失流量，這指向 zfs_arc_min。目錄遍歷速度過慢則指向元資料限制。

請從能解決您所觀察到的壓力問題的最小調整開始著手。至於 zfs_arc_max，適當的上限取決於工作負載（詳見下一節）。至於 zfs_arc_min，若確實需要設定下限，將 zfs_arc_max ，這是一個合理的起點（若確實需要設定下限的話）。至於元資料，最新的 OpenZFS 預設值已透過 zfs_arc_meta_limit_percent，這對大多數工作負載而言已相當寬裕；僅當在 arcstat.

在 Linux 和 FreeBSD 上套用變更

在 Linux 上，可透過寫入 sysfs 參數檔案來於執行時測試變更。無需重新開機：

echo 17179869184 > /sys/module/zfs/parameters/zfs_arc_max

這會將 zfs_arc_max 立即將其設定為 16 GiB。若要讓變更在重新開機後仍有效，請將其加入 /etc/modprobe.d/zfs.conf:

options zfs zfs_arc_max=17179869184

在 FreeBSD 上，執行時變更使用 sysctl:

sysctl vfs.zfs.arc_max=17179869184

若要讓該值在重啟後持續生效，請將其加入在 FreeBSD 上，執行時變更需使用 /boot/loader.conf:

vfs.zfs.arc_max="17179869184"

每次僅調整一項設定，且調整幅度應控制在總記憶體的 10% 左右。密切觀察問題視窗。僅當交換空間維持為零且延遲值穩定時，才保留該變更。僅在運行時測試通過後才將設定永久保存。

根據工作負載調整 ARC

總記憶體容量並非最佳的起點。ARC 的配置應依據系統上的工作負載組合來決定。

虛擬機器主機需要與其客機共享記憶體，因此 30% 至 40% 的上限是安全的預設值，而在大多數建置環境中，50% 已經過高。像 PostgreSQL 和 MySQL 這樣的資料庫會自行管理其緩衝區快取，因此應優先為引擎預留記憶體，並讓 ARC 使用剩餘的空間。 備份目標可從中受益 primarycache=metadata ，因為被讀取的資料極少會再次被需要，且您不希望夜間備份在遍歷整個記憶體池的同時，將其餘快取內容一併清空。在所有工作負載中，當 ARC 被固定在 zfs_arc_max 時，換片活動即表示上限設定過高；這項規則不會改變。

診斷問題與知曉何時停止

ARC 容量不足時，會表現為讀取 IOPS 過高、需求命中率偏低，以及目錄瀏覽速度緩慢，而系統仍擁有閒置 RAM。ARC 容量過大則較不顯著。命中率看似正常，但系統開始進行交換，負載平均值攀升，程序會阻塞在 D 狀態中阻塞，而最糟的情況下，OOM 殺手會開始篩選犧牲者。快取看似正常，但伺服器的運作狀況卻極為糟糕。

當 demand_metadata_bytes 遠高於 demand_data_bytes 在 arc_summary。此時表示元資料正與資料爭奪空間，值得提高元資料百分比上限。

根據您觀察到的現象，首先應檢查以下設定：

L2ARC 並非免費資源。L2ARC 項目的索引存於主 ARC 中，若其開銷攀升至總 ARC 容量的三分之一左右，次級快取將弊大於利。 僅當工作集大於 RAM 容量，但仍可容納於高速 NVMe 裝置中，且主 ARC 的命中率已處於健康狀態時，才應啟用 L2ARC。

停止調校的適當時機是：延遲值趨於平穩、在引發原始問題的相同繁忙時段內換入量維持為零，且進一步調整已無法帶來任何改善。若伺服器仍在進行換入，即使命中率很高也毫無意義。超過這個點後，請停止調整設定，僅在相同工作負載下問題再次出現時才重新檢視這些設定。

若您需要一台具備足夠 RAM 餘裕的伺服器，以確保 ZFS 能正常運作，且無需與虛擬機器或資料庫爭奪記憶體（關於實際需要多少 RAM，建議先閱讀相關文章），不妨考慮 FDC 的專用伺服器。