Linux中的free命令

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] = 15402628        FO[3][2] = 12033012

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        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:

  • 15402628KB(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15318812KB(即FO[2][2])被使用了;
  • 还用83816KB(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:

         1.释放掉被系统cache占用的数据;

         echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches

   2.读一个大文件,并记录时间;

         3.关闭该文件;

         4.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。

 

 

前段时间有个项目的用C写的,性能测试时发现内存泄露问题。关于怎么观察内存使用问题,free是很好用的一个命令。

bash-3.00$ free
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       1572988    1509260      63728          0      62800     277888
-/+ buffers/cache:    1168572     404416
Swap:      2096472      16628    2079844

Mem:表示物理内存统计
-/+ buffers/cached:表示物理内存的缓存统计
Swap:表示硬盘上交换分区的使用情况,这里我们不去关心。
系统的总物理内存:255268Kb(256M),但系统当前真正可用的内存b并不是第一行free 标记的 16936Kb,它仅代表未被分配的内存。

第1行 Mem: total:表示物理内存总量。
used:表示总计分配给缓存(包含buffers 与cache )使用的数量,但其中可能部分缓存并未实际使用。
free:未被分配的内存。
shared:共享内存,一般系统不会用到,这里也不讨论。
buffers:系统分配但未被使用的buffers 数量。
cached:系统分配但未被使用的cache 数量。buffer 与cache 的区别见后面。 total = used + free 第2行 -/+ buffers/cached: used:也就是第一行中的used - buffers-cached 也是实际使用的内存总量。
free:未被使用的buffers 与cache 和未被分配的内存之和,这就是系统当前实际可用内存。 free 2= buffers1 + cached1 + free1 //free2为第二行、buffers1等为第一行

buffer 与cache 的区别
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 第3行: 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。
所以从应用程序的角度来说,可用内存=系统free memory+buffers+cached.

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(RHEL4.0):
#cat /proc/meminfo
交换将通过三个途径来减少系统中使用的物理页面的个数:
1.减少缓冲与页面cache的大小,
2.将系统V类型的内存页面交换出去,
3.换出或者丢弃页面。(Application 占用的内存页,也就是物理内存不足)。
事实上,少量地使用swap是不是影响到系统性能的。

下面是buffers与cached的区别。

buffers是指用来给块设备做的缓冲大小,他只记录文件系统的metadata以及 tracking in-flight pages.
cached是用来给文件做缓冲。
那就是说:buffers是用来存储,目录里面有什么内容,权限等等。
而cached直接用来记忆我们打开的文件,如果你想知道他是不是真的生效,你可以试一下,先后执行两次命令#man X ,你就可以明显的感觉到第二次的开打的速度快很多。
实验:在一台没有什么应用的机器上做会看得比较明显。记得实验只能做一次,如果想多做请换一个文件名。
#free
#man X
#free
#man X
#free
你可以先后比较一下free后显示buffers的大小。
另一个实验:
#free
#ls /dev
#free
你比较一下两个的大小,当然这个buffers随时都在增加,但你有ls过的话,增加的速度会变得快,这个就是buffers/chached的区别。

因为Linux将你暂时不使用的内存作为文件和数据缓存,以提高系统性能,当你需要这些内存时,系统会自动释放(不像windows那样,即使你有很多空闲内存,他也要访问一下磁盘中的pagefiles)
使用free命令
将used的值减去   buffer和cache的值就是你当前真实内存使用 ————– 对操作系统来讲是Mem的参数.buffers/cached 都是属于被使用,所以它认为free只有16936.

对应用程序来讲是(-/+ buffers/cach).buffers/cached 是等同可用的,因为buffer/cached是为了提高 程序执行的性能,当程序使用内存时,buffer/cached会很快地被使用。 所以,以应用来看看,以(-/+ buffers/cache)的free和used为主.所以我们看这个就好了.另外告诉大家 一些常识.Linux为了提高磁盘和内存存取效率, Linux做了很多精心的设计, 除了对dentry进行缓存(用于 VFS,加速文件路径名到inode的转换), 还采取了两种主要Cache方式:Buffer Cache和Page Cache。 前者针对磁盘块的读写,后者针对文件inode的读写。这些Cache能有效缩短了 I/O系统调用(比如read,write,getdents)的时间。 记住内存是拿来用的,不是拿来看的.不象windows,无论你的真实物理内存有多少,他都要拿硬盘交换 文件来读.这也就是windows为什么常常提示虚拟空间不足的原因.你们想想,多无聊,在内存还有大部分 的时候,拿出一部分硬盘空间来充当内存.硬盘怎么会快过内存.所以我们看linux,只要不用swap的交换 空间,就不用担心自己的内存太少.如果常常swap用很多,可能你就要考虑加物理内存了.这也是linux看 内存是否够用的标准哦.

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语  法: free [-bkmotV][-s <间隔秒数>]

补充说明:free指令会显示内存的使用情况,包括实体内存,虚拟的交换文件内存,共享内存区段,以及系统核心使用的缓冲区等。

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。
-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。

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