Linux 記憶體分析工具——free命令

在Linux系統經常被用作伺服器系統。當伺服器記憶體吃緊的時候，free命令是我們最常使用的記憶體分析工具。

free使用介紹

free命令可以顯示Linux系統中空閑的、已用的物理記憶體及swap記憶體,及被內核使用的buffer。在Linux系統監控的工具中，free命令是最經常使用的命令之一。

free命令使用起來非常簡單。

# 命令格式
free [參數]
# 可選參數
-b 　以Byte為單位顯示記憶體使用情況。 
-k 　以KB為單位顯示記憶體使用情況。 
-m 　以MB為單位顯示記憶體使用情況。
-g   以GB為單位顯示記憶體使用情況。
-h   根據記憶體大小自動選擇合適的單位顯示
-o 　不顯示緩衝區調節列。 
-s<間隔秒數> 　持續觀察記憶體使用狀況。
-c<顯示次數>   和-s配合使用
-t 　顯示記憶體總和列。 
-V 　顯示版本信息。

下麵列舉一個我最常用的命令格式

#顯示所有的記憶體信息，每隔兩秒顯示一次，一共顯示兩次
free -ah -s 2 -c 2

輸出顯示如下

             total       used       free     shared    buffers     cached  available
Mem:          6.6G       5.5G       1.0G       1.1M       247M       3.5G         0B
-/+ buffers/cache:       1.8G       4.8G 
Swap:         5.0G       106M       4.9G 

下麵對這些參數做下說明。

free輸出參數說明

先對上面紅框中的數據做下說明。Men表示具體的物理記憶體，free從多個維度統計了物理記憶體的情況，每個維度的含義如下：

• total：總計物理記憶體的大小。
• used：已使用的物理記憶體的大小。
• free：可用物理記憶體有多少。
• shared：多個進程共用的記憶體總額。
• buffers：寫入磁碟記憶體緩衝區的大小（經常進行磁碟IO的效率比較低，所以先將要寫入磁碟的文件進行一定數量的緩衝，等緩衝數據到達一定大小是一次性寫進磁碟，提升效率）
• cached：從磁碟中讀取內容的緩存大小（原理差不多）。
• available：下麵會介紹。

• -buffers/cache：表示被程式實實在在吃掉的記憶體，比如上圖中used記憶體是5.5G，但是真正被應用程式使用的記憶體才1.8G，其他被占據的記憶體主要用來cache數據了，也就是上面的3.5G。
• +buffers/cache：表示應用程式還可以可以申請的記憶體總數。

上圖中最後一行是swap分區的使用情況，下麵會詳細介紹。

free參數和available參數的區別

在 free 命令的輸出中，有一個 free 列，同時還有一個 available 列。這二者到底有何區別？

free 是真正尚未被使用的物理記憶體數量。至於 available 就比較有意思了，它是從應用程式的角度看到的可用記憶體數量。Linux 內核為了提升磁碟操作的性能，會消耗一部分記憶體去緩存磁碟數據，就是我們介紹的 buffer 和 cache。所以對於內核來說，buffer 和 cache 都屬於已經被使用的記憶體。當應用程式需要記憶體時，如果沒有足夠的 free 記憶體可以用，內核就會從 buffer 和 cache 中回收記憶體來滿足應用程式的請求。所以從應用程式的角度來說，available = free + buffer + cache。請註意，這隻是一個很理想的計算方式，實際中的數據往往有較大的誤差。

但是上面的available參數為什麼輸出是0呢？請看官方文檔的說明

The -a switch shows the available memory (if supported by the running kernel and enabled with sysctl -w vm.meminfo_legacy_layout=0 ; shows zero when unsupported or disabled). The produced output is wider than 80 characters.

這個參數的輸出需要操作系統內核支持，如果內核不支持的話就固定輸出一個0。

交換空間(swap space)

swap space 是磁碟上的一塊區域，可以是一個分區，也可以是一個文件。所以具體的實現可以是 swap 分區也可以是 swap 文件。當系統物理記憶體吃緊時（所謂的吃緊，應該是指當釋放了Cache和Buffer的記憶體，記憶體還是不夠用~），Linux 會將記憶體中不常訪問的數據保存到 swap 上，這樣系統就有更多的物理記憶體為各個進程服務，而當系統需要訪問 swap 上存儲的內容時，再將 swap 上的數據載入到記憶體中，這就是常說的換出和換入。交換空間可以在一定程度上緩解記憶體不足的情況，但是它需要讀寫磁碟數據，所以性能不是很高。

現在的機器一般都不太缺記憶體，如果系統預設還是使用了 swap 是不是會拖累系統的性能？理論上是的，但實際上可能性並不是很大。並且內核提供了一個叫做 swappiness 的參數，用於配置需要將記憶體中不常用的數據移到 swap 中去的緊迫程度。這個參數的取值範圍是 0～100，0 告訴內核儘可能的不要將記憶體數據移到 swap 中，也即只有在迫不得已的情況下才這麼做，而 100 告訴內核只要有可能，儘量的將記憶體中不常訪問的數據移到 swap 中。在 ubuntu 系統中，swappiness 的預設值是 60。如果我們覺著記憶體充足，可以在 /etc/sysctl.conf 文件中設置 swappiness：

vm.swappiness=10

如果系統的記憶體不足，則需要根據物理記憶體的大小來設置交換空間的大小。

參考

• https://www.cnblogs.com/peida/archive/2012/12/25/2831814.html
• https://www.cnblogs.com/ultranms/p/9254160.html