free命令详解

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free命令显示了系统中已使用和空闲的物理内存和交换内存，以及内核使用的buffer和cache的大小。命令中的数据是通过解析/proc/meminfo文件获得的。

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[root@localhost ~]# free -w
              total        used        free      shared     buffers       cache   available
Mem:        1014972      604816       65888        6880         164      344104      220752
Swap:       1048572         264     1048308
[root@localhost ~]# free -k
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        1014972      605732       64932        6880      344308      219800
Swap:       1048572         264     1048308
[root@localhost ~]# cat /proc/meminfo
MemTotal:        1014972 kB
MemFree:           64916 kB
MemAvailable:     219784 kB
Buffers:             164 kB
Cached:           264984 kB
SwapCached:            8 kB
Active:           645456 kB
Inactive:         155036 kB
Active(anon):     509284 kB
Inactive(anon):    32940 kB
Active(file):     136172 kB
Inactive(file):   122096 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
SwapTotal:       1048572 kB
SwapFree:        1048308 kB
Dirty:                16 kB
Writeback:             0 kB
AnonPages:        535368 kB
Mapped:            44520 kB
Shmem:              6880 kB
Slab:              79160 kB
SReclaimable:      48748 kB
SUnreclaim:        30412 kB
KernelStack:        2704 kB
PageTables:         6608 kB
NFS_Unstable:          0 kB
Bounce:                0 kB
WritebackTmp:          0 kB
CommitLimit:     1556056 kB
Committed_AS:     778052 kB
VmallocTotal:   34359738367 kB
VmallocUsed:       27092 kB
VmallocChunk:   34359707152 kB
HardwareCorrupted:     0 kB
AnonHugePages:    356352 kB
CmaTotal:              0 kB
CmaFree:               0 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB
DirectMap4k:       63424 kB
DirectMap2M:      985088 kB
[root@localhost ~]#

列内容说明:

  • total: 系统中的内存总量，对应/proc/meminfo中的MemTotal和SwapTotal的内容
  • used: 已占用内存大小，通过total - free - buffers - cache计算得出
  • free: 空闲内存大小，对应/proc/meminfo中的MemFree和SwapFree的内容
  • shared: 共享内存占用大小，通过情况都是tmpfs占用，对应/proc/meminfo中的Shmem的内容，在2.6.32内核中开始提供该内容显示，在不支持的系统中显示为0
  • buffers: 内核buffers占用大小，对应/proc/meminfo中的Buffers内容
  • cache: page cache和slabs占用的大小，对应/proc/meminfo中的Cached和Slab内容之和
  • buff/cache: buffers和cache之和
  • available: 在不考虑交换内存的情况下，估算有多少内存可以用来启动新应用。不同于cache和free字段提供的数据，该字段考虑了page cache，同时并非所有的可回收的slabs内存由于在使用中并不一定能被回收，对应/proc/meminfo中的MemAvailable内容(在内核3.14上可用，在内核2.6.27+上模拟，否则与free内容相同)

buffers与cache

linux缓存机制

在系统运行过程中，内核会利用空闲的物理内存，划出一部分区域作为buffers/cache，将一些程序使用过的硬盘数据读入缓存区域的内存，利用高速的内存读写特性提升数据的访问效率。

针对应用程序来说，通常情况下buffers/cache占用的内存是可用的，当应用程序需要用到内存的时候，会回收buffers/cache内存。

buffers与cache的区别

cache 指 page cache，它是针对文件系统的，是文件的缓存。当缓存中的文件被修改(写操作)后，linux不会立即执行写磁盘操作，而是把page cache中的页面标记为脏页，定期同步到存储设备中。

buffers 指 buffer cache，是磁盘块的缓存，是针对块设备的。直接对块设备的进行操作的数据会缓存到buffers中，例如，文件系统的元数据信息。

手动释放buffers和cache

/proc/sys/vm文档

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#释放page cache
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
#释放可回收的slab对象(包括dentries和iinodes)
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
#释放page cache 和 slab 对象
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

通过写drop_caches文件是一个非破坏性(non-destructive)的操作，不会释放脏数据。在执行该命令前执行sync命令可以强制将一些脏数据刷盘，然后尽可能多的释放内存。

这个文件的内容并不能控制内核是否使用缓存机制。

是否需要手动清除缓存

通常情况下，应用程序在系统上稳定运行之后，free的值也会保持在一个稳定的值，虽然看上去比较小，Linux内核会在内存将要耗尽的时候，触发内存回收的工作，以便释放出内存给急需内存的进程使用。一般情况下，这个操作中主要的内存释放都来自于对buffer／cache的释放。尤其是被使用更多的cache空间。既然它主要用来做缓存，只是在内存够用的时候加快进程对文件的读写速度，那么在内存压力较大的情况下，当然有必要清空释放cache，作为free空间分给相关进程使用。所以一般情况下，我们认为buffer/cache空间可以被释放，这个理解是正确的。

通常情况下，当发生内存不足，应用程序获取不到内存，OOM等错误时，需要排查应用程序是否存在内存泄露的情况。针对内存泄露/内存溢出等导致内存不足的情况，可以通过swap的使用情况来快速判断(free中swap的使用情况，vmstate中si/so的值等)。

但是并非所有的buffer/cache都能释放

如何控制linux清理cache机制–内存整理影响系统性能案例

linux内存分配与回收

Linux中Buffer/Cache清理
Linux服务器Cache占用过多内存导致系统内存不足问题的排查解决
Linux服务器Cache占用过多内存导致系统内存不足问题的排查解决-2

禁用buffer/cache功能

可以在/etc/sysctl.conf中添加下面内容禁用buffer/cache功能

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vm.dirty_ratio = 1
vm.dirty_background_ratio=1  
vm.dirty_writeback_centisecs=2  
vm.dirty_expire_centisecs=3  
vm.drop_caches=3  
vm.swappiness =100  
vm.vfs_cache_pressure=163  
vm.overcommit_memory=2  
vm.lowmem_reserve_ratio=32 32 8  
kern.maxvnodes=3

/proc/sys/vm/dirty_ratio

这个参数表示文件系统的写缓冲区占用系统内存的百分比，即当写缓冲使用到系统内存多少的时候，开始向磁盘写数据。增大之会使用更多系统内存用于磁盘写缓冲，也可以极大提高系统的写性能。但是，当你需要持续、恒定的写入场合时，应该降低其数值。

/proc/sys/vm/dirty_background_ratio

这个参数控制文件系统的pdflush进程，在何时刷新磁盘。单位是百分比，表示系统内存的百分比，意思是当写缓冲使用到系统内存多少的时候，pdflush开始向磁盘写数据。增大之会使用更多系统内存用于磁盘写缓冲，也可以极大提高系统的写性能。但是，当你需要持续、恒定的写入场合时， 应该降低其数值

/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs

这个参数控制内核的脏数据刷新进程pdflush的运行间隔。单位是 1/100 秒。缺省数值是500，也就是 5 秒。如果你的系统是持续地写入动作，那么实际上还是降低这个数值比较好，这样可以把尖峰的写操作削平成多次写操

/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs

这个参数声明Linux内核写缓冲区里面的数据多“旧”了之后，pdflush进程就开始考虑写到磁盘中去。单位是 1/100秒。缺省是 30000，也就是 30 秒的数据就算旧了，将会刷新磁盘。对于特别重载的写操作来说，这个值适当缩小也是好的，但也不能缩小太多，因为缩小太多也会导致IO提高太快。建议设置为 1500，也就是15秒算旧。

/proc/sys/vm/drop_caches

释放已经使用的cache

/proc/sys/vm/page-cluster

该文件表示在写一次到swap区的时候写入的页面数量，0表示1页，1表示2页，2表示4页。

/proc/sys/vm/swapiness

该文件表示系统进行交换行为的程度，数值（0-100）越高，越可能发生磁盘交换。

/proc/sys/vm/vfs_cache_pressure

该文件表示内核回收用于directory和inode cache内存的倾向