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Linux記憶體、Swap、Cache、Buffer詳細解析

1. 通過free命令看Linux記憶體

total:總記憶體大小。

used:已經使用的記憶體大小(這裡麵包含cached和buffers和shared部分)。

free:空閒的記憶體大小。

shared:程序間共享記憶體(一般不會用,可以忽略)。

buffers:記憶體中寫完的東西快取起來,這樣快速響應請求,後面資料再定期刷到磁碟上。

cached:記憶體中讀完快取起來內容佔的大小(這部分是為了下次查詢時快速返回)。

-/+ buffers/cache看作兩部分:

-buffers/cache:正在使用的記憶體大小(注意不是used部分,因為buffers和cached並不是正在使用的,組織和人民需要是它們是可以釋放的),其值=used-buffers-cached。

+buffers/cache:可用的記憶體大小(同理也不是free表示的部分),其值=free+buffers+cached。

Swap:硬碟上交換分割槽的使用大小。設計的目的就是當上面提到的+buffers/cache表示的可用記憶體都已使用完,新的讀寫請求過來後,會把記憶體中的部分資料寫入磁碟,從而把磁碟的部分空間當做虛擬記憶體來使用。

2. Buffer和Cache介紹

Cache(快取),為了調高CPU和記憶體之間資料交換而設計,Buffer(緩衝)為了提高記憶體和硬碟(或其他I/O裝置的資料交換而設計)。

Cache主要是針對讀操作設計的,不過Cache概念可能容易混淆,我理解為CPU本身就有Cache,包括一級快取、二級快取、三級快取,我們知道CPU所有的指令操作對接的都是記憶體,而CPU的處理能力遠高於記憶體速度,所以為了不讓CPU資源閒置,Intel等公司在CPU內部集成了一些Cache,但畢竟不能放太多電路在裡面,所以這部分Cache並不是很大,主要是用來存放一些常用的指令和常用資料,真正大部分Cache的資料應該是佔用記憶體的空間來快取請求過的資料,即上面的Cached部分(這部分純屬個人理解,正確與否有待考證)。

Buffer主要是針對寫操作設計的,更細的說是針對記憶體和硬碟之間的寫操作來設計的,目的是將寫的操作集中起來進行,減少磁碟碎片和硬碟反覆定址過程,提高效能。在Linux系統內部有一個守護程序會定期清空Buffer中的內容,將其寫入硬碟內,當手動執行sync命令時也會觸發上述操作。

3. 常見症狀

症狀一:在Linux中頻繁存取檔案,實體記憶體很快用光,而cached一直在增長。

解釋:Linux會對每次請求過的資料快取在cache裡,好處就是CPU的處理速度遠遠高於記憶體,所以在CPU和記憶體通訊的時候可以快速從cache中命中結果返回。

症狀二:Swap被佔用。

解釋:記憶體可能不夠了,才會佔Swap,所以Swap可以作為伺服器監控的一項指標,引起注意。

4. 手動清理Swap和buffers/cache

(1) 清理Swap

    swapoff -a && swapon -a

    操作說明:如果已經使用了Swap,且當前清空下+buffers/cache還有空間,在執行swapoff -a操作時,會觸發把Swap中的內容交換到記憶體中,資料不會丟失。

(2) 清理buffers/cache:

    sync; sync; sync;&& echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches

    sleep 2

    echo 0 > /proc/sys/vm/drop_caches

    操作說明:

    sync-->將快取的內從寫回到硬碟中;

    echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches-->修改drop_caches的值為3,預設為0,改為3系統會清理快取的內容;

    sleep 2 --> 等一下,防止上一步沒執行完;

    echo 0 >/proc/sys/vm/drop_caches --> 改回預設值

5. 總結

通過上面的分析可以知道,當空閒實體記憶體不多時,不一定表示系統執行狀態很差,因為記憶體的cache及buffer部分可以隨時被重用,在某種意義上,這兩部分記憶體也可以看作詩額外的空閒記憶體。swap如果被頻繁呼叫,bi,bo長時間不為0,則才是記憶體資源是否緊張的依據。通過free看資源時,實際主要關注-/+ buffers/cache的值就可以知道記憶體到底夠不夠了。