free
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free命令可以显示Linux系统中空闲的、已用的物理内存及swap内存,及被内核使用的buffer。在Linux系统监控的工具中,free命令是最经常使用的命令之一。

命令格式:

free [参数]

命令功能:

free 命令显示系统使用和空闲的内存情况,包括物理内存、交互区内存(swap)和内核缓冲区内存。共享内存将被忽略

命令参数:

-b  以Byte为单位显示内存使用情况。
-k  以KB为单位显示内存使用情况。
-m  以MB为单位显示内存使用情况。
-g 以GB为单位显示内存使用情况。
-o  不显示缓冲区调节列。
-s <间隔秒数> 持续观察内存使用状况。
-t  显示内存总和列。
-V  显示版本信息。

实例:

free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:           742        639        103          0         15         56
-/+ buffers/cache:        567        175 
Swap:         1503       1007        496

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] = 742
FO[3][2] = 657
           
                 1          2          3          4          5          6
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:           742        639        103          0         15         56
-/+ buffers/cache:        567        175 
Swap:         1503       1007        496

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)。

第一行的输出时从操作系统(OS)来看的。也就是说,从OS的角度来看,计算机上一共有:

742(缺省时free的单位为KB)物理内存,即FO[2][1]; 在这些物理内存中有
639(即FO[2][2])被使用了; 还用103mb(即FO[2][3])是可用的;

这里得到第一个等式:

FO[2][1] = FO[2][2] + FO[2][3]

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buffercache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输出的第二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。

这里还用两个等式:

FO[3][2] = FO[2][2] - FO[2][5] - FO[2][6]
FO[3][3] = FO[2][3] + FO[2][5] + FO[2][6]

这二者都不难理解。

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。

所以实际真正可以用内存是:

175m

计算方法:

FO[3][3] = FO[2][3] + FO[2][5] + FO[2][6]

BufferCache 的区别

缓存(cached)是把读取过的数据保存起来,重新读取时若命中(找到需要的数据)就不要去读硬盘了,若没有命中就读硬盘。其中的数据会根据读取频率进行组织,把最频繁读取的内容放在最容易找到的位置,把不再读的内容不断往后排,直至从中删除。

缓冲(buffers)是根据磁盘的读写设计的,把分散的写操作集中进行,减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道,从而提高系统性能。linux有一个守护进程定期清空缓冲内容(即写入磁盘),也可以通过sync命令手动清空缓冲。举个例子吧:我这里有一个ext2的U盘,我往里面cp一个3M的MP3,但U盘的灯没有跳动,过了一会儿(或者手动输入sync)U盘的灯就跳动起来了。卸载设备时会清空缓冲,所以有些时候卸载一个设备时要等上几秒钟。
修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右边的数字可以在下次开机时调节swap使用策略。该数字范围是0~100,数字越大越倾向于使用swap。默认为60,可以改一下试试。–两者都是RAM中的数据。

简单来说,buffer是即将要被写入磁盘的,而cache是被从磁盘中读出来的。

buffer是由各种进程分配的,被用在如输入队列等方面。一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入,在所有字段被读入完整之前,进程把先前读入的字段放在buffer中保存。

cache经常被用在磁盘的I/O请求上,如果有多个进程都要访问某个文件,于是该文件便被做成cache以方便下次被访问,这样可提高系统性能。

Buffer Cachebuffer cache,又称bcache,其中文名称为缓冲器高速缓冲存储器,简称缓冲器高缓。另外,buffercache按照其工作原理,又被称为块高缓。

 

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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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