Linux free -m 详细说明

Linux是如何管理内存的

　　在Linux里（别的系统也差不多），内存有物理内存和虚拟内存之说，物理内存是什么自然无需解释，虚拟内存实际是物理内存的抽象，多数情况下，出于方便性的考虑，程序访问的都是虚拟内存地址，然后操作系统会把它翻译成物理内存地址。

　　很多人会把虚拟内存和Swap混为一谈，实际上Swap只是虚拟内存引申出的一种技术而已：操作系统一旦物理内存不足，为了腾出内存空间存放新内容，就会把当前物理内存中的内容放到交换分区里，稍后用到的时候再取回来，需要注意的是，Swap的使用可能会带来性能问题，偶尔为之无需紧张，糟糕的是物理内存和交换分区频繁的发生数据交换，这被称之为Swap颠簸，一旦发生这种情况，先要明确是什么原因造成的，如果是内存不足就好办了，加内存就可以解决，不过有的时候即使内存充足也可能会出现这种问题，

比如MySQL就有可能出现这样的情况，解决方法是限制使用

Swap： shell> sysctl -w vm.swappiness=0

一、free命令

free命令由procps.*.rpm提供（在Redhat系列的OS上）。free命令的所有输出值都是从/proc/meminfo中读出的。

在系统上可能有meminfo(2)这个函数，它就是为了解析/proc/meminfo的。procps这个包自己实现了meminfo()这个函数。可以下载一个procps的tar包看看具体实现，现在最新版式3.2.8。

二、解释一下Linux上free命令的输出

下面是free的运行结果，一共有4行。为了方便说明，我加上了列号。这样可以把free的输出看成一个二维数组FO(Free Output)。例如：

FO[2][1] = 24677460
FO[3][2] = 10321516

free的输出一共有四行，第四行为交换区的信息，分别是交换的总量（total），使用量（used）和有多少空闲的交换区（free），这个比较清楚，不说太多。

free输出地第二行和第三行是比较让人迷惑的。这两行都是说明内存使用情况的。第一列是总量（total），第二列是使用量（used），第三列是可用量（free）。

第2和3行区别：

第二行(mem)的used/free与第三行(-/+ buffers/cache) used/free的区别。这两个的区别在于使用的角度来看，第一行是从OS的角度来看，因为对于OS，buffers/cached 都是属于被使用，所以他的可用内存是16176KB,已用内存是3250004KB,其中包括，内核（OS）使用+Application(X, oracle,etc)使用的+buffers+cached。
第三行所指的是从应用程序角度来看，对于应用程序来说，buffers/cached 是等于可用的，因为buffer/cached是为了提高文件读取的性能，当应用程序需在用到内存的时候，buffer/cached会很快地被回收。

第二行的输出是从操作系统（OS）来看的。也就是说，从OS的角度来看，计算机上一共有:

FO[2][4]表示被几个进程共享的内存的，现在已经deprecated，其值总是0（当然在一些系统上也可能不是0，主要取决于free命令是怎么实现的）。

FO[2][5]表示被OS buffer住的内存。FO[2][6]表示被OS cache的内存。在有些时候buffer和cache这两个词经常混用。不过在一些比较低层的软件里是要区分这两个词的，看老外的洋文:

A buffer is something that has yet to be "written" to disk.
A cache is something that has been "read" from the disk and stored for later use.

也就是说buffer是用于存放要输出到disk（块设备）的数据的，而cache是存放从disk上读出的数据。这二者是为了提高IO性能的，并由OS管理。

Linux和其他成熟的操作系统（例如windows），为了提高IO read的性能，总是要多cache一些数据，这也就是为什么FO[2][6]（cached memory）比较大，而FO[2][3]比较小的原因。我们可以做一个简单的测试:

释放掉被系统cache占用的数据；

echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches
读一个大文件，并记录时间；
关闭该文件；
重读这个大文件，并记录时间；

第二次读应该比第一次快很多。原来我做过一个BerkeleyDB的读操作，大概要读5G的文件，几千万条记录。在我的环境上，第二次读比第一次大概可以快9倍左右。

　　free输出的第三行是从一个应用程序的角度看系统内存的使用情况。

对于FO[3][2]，即-buffers/cache，表示一个应用程序认为系统被用掉多少内存；
对于FO[3][3]，即+buffers/cache，表示一个应用程序认为系统还有多少内存；

因为被系统cache和buffer占用的内存可以被快速回收，所以通常FO[3][3]比FO[2][3]会大很多。

等式：

total[2][1] = 系统used[2][2] + 系统free[2][3]
FO[3][2] = FO[2][2] - FO[2][5] - FO[2][6]（应用已使用内存=系统used[2][2]-buffers [2][5] - cached [2][6]）
FO[3][3] = FO[2][3] + FO[2][5] + FO[2][6]（应用可用内存=系统free [2][3] +buffers [2][5] +cached [2][6]）

之所以这样是因为每当我们操作文件的时候，Linux都会尽可能的把文件缓存到内存里，这样下次访问的时候，就可以直接从内存中取结果，所以cached一栏的数值非常的大，不过不用担心，这部分内存是可回收的，操作系统会按照LRU算法淘汰冷数据。还有一个buffers，也是可回收的，不过它是保留给块设备使用的。所以有如下公式：

空闲内存=free+buffers+cached=total-used

示例：

例一：24677460KB物理内存，即FO[2][1] = 在这些物理内存中有23276064KB（即FO[2][2]）被使用了 + 还用1401396KB（即FO[2][3]）是可用的。

例二：可用内存 = 1401396KB（即FO[2][3]）是可用的 + 870540KB buffers + 12084008KB cached。

三、解释什么时候内存会被交换

接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换。
如何看额定值：
cat /proc/meminfo

[root@scs-2 tmp]# cat /proc/meminfo
MemTotal:      3266180 kB
MemFree:         17456 kB
Buffers:        111328 kB
Cached:        2664024 kB
SwapCached:          0 kB
Active:         467236 kB
Inactive:      2644928 kB
HighTotal:           0 kB
HighFree:            0 kB
LowTotal:      3266180 kB
LowFree:         17456 kB
SwapTotal:     2048276 kB
SwapFree:      1968116 kB
Dirty:               8 kB
Writeback:           0 kB
Mapped:         345360 kB
Slab:           112344 kB
Committed_AS:   535292 kB
PageTables:       2340 kB
VmallocTotal: 536870911 kB
VmallocUsed:    272696 kB
VmallocChunk: 536598175 kB
HugePages_Total:     0
HugePages_Free:      0
Hugepagesize:     2048 kB

用free -m查看的结果：
[root@scs-2 tmp]# free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:          3189       3173         16          0        107       2605
-/+ buffers/cache:        460       2729
Swap:         2000         78       1921

查看/proc/kcore文件的大小（内存镜像）：
[root@scs-2 tmp]# ll -h /proc/kcore
-r-------- 1 root root 4.1G Jun 12 12:04 /proc/kcore

备注：

占用内存的测量

测量一个进程占用了多少内存，linux为我们提供了一个很方便的方法，/proc目录为我们提供了所有的信息，实际上top等工具也通过这里来获取相应的信息。

/proc/meminfo 机器的内存使用信息

/proc/pid/maps pid为进程号，显示当前进程所占用的虚拟地址。

/proc/pid/statm 进程所占用的内存

[root@localhost ~]# cat /proc/self/statm

654 57 44 0 0 334 0

输出解释

CPU 以及CPU0。。。的每行的每个参数意思（以第一行为例）为：

参数解释 /proc//status

Size (pages) 任务虚拟地址空间的大小 VmSize/4

Resident(pages) 应用程序正在使用的物理内存的大小 VmRSS/4

Shared(pages) 共享页数 0

Trs(pages) 程序所拥有的可执行虚拟内存的大小 VmExe/4

Lrs(pages) 被映像到任务的虚拟内存空间的库的大小 VmLib/4

Drs(pages) 程序数据段和用户态的栈的大小（VmData+ VmStk ）4

dt(pages) 04

查看机器可用内存

/proc/28248/>free

total used free shared buffers cached

Mem: 1023788 926400 97388 0 134668 503688

-/+ buffers/cache: 288044 735744

Swap: 1959920 89608 1870312

我们通过free命令查看机器空闲内存时，会发现free的值很小。这主要是因为，在linux中有这么一种思想，内存不用白不用，因此它尽可能的cache和buffer一些数据，以方便下次使用。但实际上这些内存也是可以立刻拿来使用的。

所以 空闲内存=free+buffers+cached=total-used