windows_exporter memory collector 深度解析：Windows 内存指标采集原理、完整指标清单与监控告警实践-平芜编程栈

可观测性
指标监控

【免费下载链接】windows_exporter

Prometheus exporter for Windows machines

项目地址：https://gitcode.com/gh_mirrors/wi/windows_exporter

本篇以 windows_exporter 的 memory collector 文档为核心，系统讲解该采集器的数据来源（Windows Performance Counters 与GlobalMemoryStatusExAPI）、全部 35 项windows_memory_*指标的含义与类型，并结合仓库源码说明其采集调用链、PromQL 查询示例与告警规则写法。读完后你可以独立完成 Windows 主机的内存用量监控、Commit 告警配置，并能看懂指标背后的 Windows 分页机制语义。

一、memory collector 概览

memory collector 是 windows_exporter 用于暴露系统内存使用情况的采集器，其基本属性如下（与 collector 文档一致）：

属性	说明
Metric name prefix	`memory`（完整指标名带`windows_`前缀，如`windows_memory_available_bytes`）
Data source	Performance Counters（性能计数器）
Classes	无 WMI Class，直接读取`Memory`性能对象
Enabled by default?	是（默认启用）

memory 属于默认启用的采集器之一。从源码 DefaultCollectors 定义可以确认：

const DefaultCollectors = "cpu,memory,logical_disk,physical_disk,net,os,service,system"

因此只要以默认参数启动 windows_exporter，无需任何额外配置即可采集全部内存指标；如需手动指定采集器列表，也无需为 memory 传任何 Flag（该 collector 无命令行参数，源码 NewWithFlags 直接返回空Collector{}，其 Config 为空结构体）。

二、数据来源：两条并行的采集路径

从 memory collector 实现的Collect方法可以看到，一次采集由两个子过程组成，错误会分别包装后合并返回：

func (c *Collector) Collect(ch chan<- prometheus.Metric, _ time.Duration) error { errs := make([]error, 0) if err := c.collectPDH(ch); err != nil { errs = append(errs, fmt.Errorf("failed collecting memory metrics: %w", err)) } if err := c.collectGlobalMemoryStatus(ch); err != nil { errs = append(errs, fmt.Errorf("failed collecting global memory metrics: %w", err)) } return errors.Join(errs...) }

2.1 路径一：PDH 性能计数器（绝大多数指标）

在Build阶段，采集器通过通用 PDH 框架订阅Memory性能对象的全部实例（_Total）：

c.perfDataCollector, err = pdh.NewCollectorperfDataCounterValues), pdh.CounterTypeRaw, "Memory", pdh.InstancesAll)

第 3 个参数"Memory"即 Windows 性能对象Memory（对应 Win32 计数器库中的 PerfOS/Memory）；
pdh.CounterTypeRaw表示读取 Raw 计数器类型，保证跨采样周期数值可直接累积为 counter 语义；
泛型参数perfDataCounterValues是 types.go 中定义的映射结构体，用perfdatatag 把每个字段与 Windows 计数器名一一绑定，例如：

type perfDataCounterValues struct { AvailableBytes float64 `perfdata:"Available Bytes"` CommitLimit float64 `perfdata:"Commit Limit"` PageFaultsPerSec float64 `perfdata:"Page Faults/sec"` StandbyCacheCoreBytes float64 `perfdata:"Standby Cache Core Bytes"` // ... 共 35 个计数器 }

PDH 框架（见 internal/pdh/collector.go）基于反射解析这些 tag，自动完成计数器句柄的创建、采样与按字段回填，memory collector 本身无需手写任何 Win32 调用。

2.2 路径二：GlobalMemoryStatusEx（3 项全局状态指标）

另外 3 项指标来自 Win32 API，由 collectGlobalMemoryStatus 完成：

memoryStatusEx, err := sysinfoapi.GlobalMemoryStatusEx()

sysinfoapi 通过kernel32.dll的GlobalMemoryStatusEx进程序调用读取MEMORYSTATUSEX结构体，并将 3 个字段映射为 Prometheus 指标：

指标	MEMORYSTATUSEX 字段	含义
`windows_memory_process_memory_limit_bytes`	`UllTotalVirtual`	调用进程用户态虚拟地址空间大小，取决于进程类型、处理器与系统配置
`windows_memory_physical_total_bytes`	`UllTotalPhys`	操作系统可见的物理内存总量
`windows_memory_physical_free_bytes`	`UllAvailPhys`	立即可重用的物理内存（standby、free、zero 三个页表之和）

注意源码中的指标命名差异：PDH 路径的“可用内存”对应windows_memory_available_bytes（来自Available Bytes计数器），而 API 路径的physical_free_bytes对应AvailPhys。两者语义相近（都包含可回收页），日常使用任一方均可计算内存使用率，官方示例查询采用的是physical_free_bytes。

三、完整指标清单（35 项）

以下为 memory collector 暴露的全部指标，与 collector 文档保持一致，按功能域分组说明。所有指标均无标签（Labels 为 None）。

3.1 物理内存与可用内存

指标名	类型	说明
`windows_memory_available_bytes`	gauge	可立即分配给进程或系统使用的物理内存，等于 standby（缓存）、free 与 zero 页表之和
`windows_memory_physical_free_bytes`	gauge	当前未使用且可立即可用的物理内存字节数（来自`GlobalMemoryStatusEx`）
`windows_memory_physical_total_bytes`	gauge	操作系统可用的物理内存总量。该值不一定等于真实物理内存，而是报告给操作系统的可用量
`windows_memory_process_memory_limit_bytes`	gauge	单个进程可分配的最大内存字节数（用户态虚拟地址空间大小）

3.2 文件系统缓存与页表

指标名	类型	说明
`windows_memory_cache_bytes`	gauge	当前文件系统缓存占用的字节数
`windows_memory_cache_bytes_peak`	gauge	自系统上次重启以来 CacheBytes 的峰值
`windows_memory_cache_faults_total`	counter	在文件系统缓存中找不到目标页、需从内存其他位置（软故障）或磁盘（硬故障）取回的故障次数
`windows_memory_free_and_zero_page_list_bytes`	gauge	分配给 free/zero 页表的物理内存，不含缓存数据，可立即分配
`windows_memory_modified_page_list_bytes`	gauge	分配给 modified 页表的物理内存，含已被修改、需先写回磁盘才能释放的缓存数据
`windows_memory_standby_cache_core_bytes`	gauge	core 优先级 standby 缓存页表占用的物理内存。系统缺少 free/zero 内存时，低优先级 standby 页先被征用
`windows_memory_standby_cache_normal_priority_bytes`	gauge	普通优先级 standby 缓存页表占用的物理内存
`windows_memory_standby_cache_reserve_bytes`	gauge	reserve 优先级 standby 缓存页表占用的物理内存
`windows_memory_standby_cache_lifetime_seconds`	gauge	页驻留于 standby 缓存页表的长期平均时长（秒），数值偏低通常意味着内存压力
`windows_memory_system_cache_resident_bytes`	gauge	系统文件缓存中当前驻留并活跃于物理内存的部分

3.3 Commit（提交内存）

指标名	类型	说明
`windows_memory_commit_limit_bytes`	gauge	无需扩展分页文件即可提交的虚拟内存上限（物理内存 + 分页文件容量）
`windows_memory_committed_bytes`	gauge	当前已提交的虚拟内存字节数

Commit 接近 limit 时，即使物理内存尚有剩余，新的内存分配也会失败——这是与“物理内存使用率”不同维度的故障模式，mixin 中为此单独立了WindowsMemoryCommitHighUsage告警。

3.4 页故障与分页（Paging）

指标名	类型	说明
`windows_memory_page_faults_total`	counter	CPU 处理故障页的总速率（所有页故障之和）
`windows_memory_demand_zero_faults_total`	counter	用清零页满足的故障次数。清零页是 Windows 的安全特性，防止进程读到此前使用者留下的数据
`windows_memory_transition_faults_total`	counter	通过回收“正被其他共享进程使用、位于 modified/standby 页表、或正在写回磁盘”的页而无需额外磁盘活动解决的故障数
`windows_memory_transition_pages_repurposed_total`	counter	过渡缓存页被改作他用的速率（这些页本可留在页缓存中提供软故障加速）
`windows_memory_write_copies_total`	counter	因写操作触发、通过从物理内存其他位置拷贝页而满足的页故障数（Copy-on-Write）
`windows_memory_swap_page_reads_total`	counter	磁盘页读取操作次数（一次读多页只计一次）
`windows_memory_swap_pages_read_total`	counter	所有页读操作中读回的页总数（即使同批读取也逐页计数）
`windows_memory_swap_pages_written_total`	counter	所有页写操作中写出的页总数
`windows_memory_swap_page_operations_total`	counter	换页读 + 写的总次数（PagesPerSec 计数器）
`windows_memory_swap_page_writes_total`	counter	磁盘页写操作次数（一次写多页只计一次）

其中swap_page_reads_total（硬故障读盘）是最能反映“内存压力是否真实导致换页”的指标：物理内存使用率高但页读为 0，说明被占用的主要是可回收的缓存。

3.5 内核内存池（Pool）

指标名	类型	说明
`windows_memory_pool_nonpaged_bytes`	gauge	non-paged pool 占用字节数。该区域存放不能写盘、只要被分配就必须常驻物理内存的对象
`windows_memory_pool_nonpaged_allocs_total`	gauge*	non-paged pool 的分配调用次数（文档标注为 gauge，对应计数器`PoolNonpagedAllocs`）
`windows_memory_pool_paged_bytes`	gauge	paged pool 占用字节数
`windows_memory_pool_paged_resident_bytes`	gauge	paged pool 中当前驻留于物理内存且活跃的部分
`windows_memory_pool_paged_allocs_total`	counter	paged pool 的分配调用次数（不论每次分配多少空间）

non-paged pool 持续增长而应用工作集没有变化时，通常指向内核驱动内存泄漏——官方 Memory 仪表盘面板的描述即如此提示（见 memory 仪表盘定义：“A steadily growing nonpaged pool usually means a driver leaks memory.”）。

3.6 系统代码与驱动

指标名	类型	说明
`windows_memory_system_code_resident_bytes`	gauge	当前驻留并活跃于物理内存的可分页操作系统代码
`windows_memory_system_code_total_bytes`	gauge	已映射进系统虚拟地址空间的可分页 OS 代码总量（Ntoskrnl.exe、Hal.dll、启动驱动与文件系统驱动之和）；不含必须常驻物理内存的代码
`windows_memory_system_driver_resident_bytes`	gauge	设备驱动占用的可分页物理内存（驱动工作集），是`System Driver Total Bytes`的组成部分
`windows_memory_system_driver_total_bytes`	gauge	设备驱动占用的可分页虚拟内存总量，含物理部分与已换出到磁盘的代码/数据

四、常用 PromQL 查询

文档给出的“查看某实例内存使用率（%）”的示例查询：

100 - 100 * windows_memory_physical_free_bytes{instance="localhost"} / windows_memory_physical_total_bytes

mixin 中基于同一指标组的派生查询（见 lib/queries.libsonnet 与 rules.libsonnet）值得在实际环境直接复用：

# 内存使用率比例（0~1） 1 - windows_memory_available_bytes / windows_memory_physical_total_bytes # 已用物理内存（total - available） windows_memory_physical_total_bytes - windows_memory_available_bytes # Commit 使用比例（0~1） windows_memory_committed_bytes / windows_memory_commit_limit_bytes # 换页操作速率（硬故障信号） rate(windows_memory_swap_page_operations_total[5m]) # 缓存合计（mixin 的 windows:memory_cached:bytes 记录规则） windows_memory_cache_bytes + windows_memory_modified_page_list_bytes + windows_memory_standby_cache_core_bytes + windows_memory_standby_cache_normal_priority_bytes + windows_memory_standby_cache_reserve_bytes

mixin 将上述表达式固化为记录规则（windows:memory_usage:ratio、windows:memory_used:bytes、windows:memory_committed:ratio等），仪表盘与告警统一引用记录规则而不是重复计算，告警规则见 alerts.libsonnet。配套的可视化定义在 memory 仪表盘中，包含 Physical memory、Commit charge、Paging、Kernel pools and cache 四组面板。

五、告警示例

文档提供了两条可直接使用的告警规则示例：

prometheus.rules

# Alert on hosts that have exhausted all available physical memory - alert: MemoryExhausted expr: windows_memory_physical_free_bytes == 0 for: 10m labels: severity: high annotations: summary: "Host {{ $labels.instance }} is out of memory" description: "{{ $labels.instance }} has exhausted all available physical memory" # Alert on hosts with greater than 90% memory usage - alert: MemoryLow expr: 100 - 100 * windows_memory_physical_free_bytes{instance="localhost"} / windows_memory_physical_total_bytes > 90 for: 10m labels: severity: warning annotations: summary: "Memory usage for host {{ $labels.instance }} is greater than 90%"

两点使用说明：

示例中{instance="localhost"}需要替换为你实际的实例标签，或使用instance=~"..."形式匹配多台主机；
MemoryExhausted用“free 恒等于 0”判定内存耗尽，语义严格但可能滞后；生产实践中更常见的是按阈值比例告警。

仓库 mixin 提供的等价生产级告警（阈值可通过配置调整，默认 90%，持续 15 分钟）：

alert( 'WindowsMemoryHighUsage', q.metric('windows:memory_usage:ratio') + ' * 100 > %s' % c.memoryHighUsageThreshold, '15m', 'warning', 'Windows memory usage is high', ... ), alert( 'WindowsMemoryCommitHighUsage', q.metric('windows:memory_committed:ratio') + ' * 100 > %s' % c.memoryCommitHighUsageThreshold, '15m', 'warning', 'Windows memory commit usage is high', ... ),

两条告警分别对应两份 Runbook，可直接作为处置参考：

WindowsMemoryHighUsage 处置手册：按“确认使用率比例 → 检查换页速率与 Commit 比例 → 资源监视器查工作集/硬故障 → 检查内核 pool 是否增长”的顺序排查，强调“高使用率比例本身不等于系统正在大量换页”；
WindowsMemoryCommitHighUsage 处置手册：Commit 告警时即使物理内存仍有剩余，系统也可能拒绝新的内存提交导致应用失败，手册给出了检查分页文件的 PowerShell 命令（Get-CimInstance Win32_PageFileUsage等），并说明调整分页文件会影响 Commit 上限但不增加物理内存。

六、验证与测试

memory collector 的行为由 memory_test.go 覆盖：TestCollector通过testutils.TestCollector在 Windows 环境完成一次真实采集，断言指标命名、类型与一致性；BenchmarkCollector提供采集耗时的基准测试。该测试文件带//go:build windows约束，只能在 Windows 上运行，与整个 exporter 的构建目标一致。

七、小结

memory collector 默认启用、无配置项，数据来源为 PDHMemory性能对象（CounterTypeRaw、全实例订阅）+GlobalMemoryStatusExAPI，两条路径分别产出 32 项与 3 项指标；
指标分五类语义域：物理内存/可用内存、缓存与页表、Commit、页故障与分页、内核池与系统代码，排查“内存压力”时应组合使用（如高使用率 +rate(windows_memory_swap_page_reads_total)判断真实换页）；
告警建议同时覆盖“物理内存使用率”与“Commit 比例”两个维度，并参考仓库 mixin 的记录规则与 Runbook 落地为完整监控方案。