Linux 内存分析工具——free命令

Posted 2021-03-09 54chensongxia

在Linux系统经常被用作服务器系统。当服务器内存吃紧的时候，free命令是我们最常使用的内存分析工具。

free使用介绍

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。

free命令使用起来非常简单。

# 命令格式
free [参数]
# 可选参数
-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。
-h   根据内存大小自动选择合适的单位显示
-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。
-c<显示次数>   和-s配合使用
-t 　显示内存总和列。 
-V 　显示版本信息。

下面列举一个我最常用的命令格式

#显示所有的内存信息，每隔两秒显示一次，一共显示两次
free -ah -s 2 -c 2

输出显示如下

             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 

下面对这些参数做下说明。

free输出参数说明

先对上面红框中的数据做下说明。Men表示具体的物理内存，free从多个维度统计了物理内存的情况，每个维度的含义如下：

• total：总计物理内存的大小。
• used：已使用的物理内存的大小。
• free：可用物理内存有多少。
• shared：多个进程共享的内存总额。
• buffers：写入磁盘内存缓冲区的大小（经常进行磁盘IO的效率比较低，所以先将要写入磁盘的文件进行一定数量的缓冲，等缓冲数据到达一定大小是一次性写进磁盘，提升效率）
• cached：从磁盘中读取内容的缓存大小（原理差不多）。
• available：下面会介绍。

• -buffers/cache：表示被程序实实在在吃掉的内存，比如上图中used内存是5.5G，但是真正被应用程序使用的内存才1.8G，其他被占据的内存主要用来cache数据了，也就是上面的3.5G。
• +buffers/cache：表示应用程序还可以可以申请的内存总数。

上图中最后一行是swap分区的使用情况，下面会详细介绍。

free参数和available参数的区别

在 free 命令的输出中，有一个 free 列，同时还有一个 available 列。这二者到底有何区别？

free 是真正尚未被使用的物理内存数量。至于 available 就比较有意思了，它是从应用程序的角度看到的可用内存数量。Linux 内核为了提升磁盘操作的性能，会消耗一部分内存去缓存磁盘数据，就是我们介绍的 buffer 和 cache。所以对于内核来说，buffer 和 cache 都属于已经被使用的内存。当应用程序需要内存时，如果没有足够的 free 内存可以用，内核就会从 buffer 和 cache 中回收内存来满足应用程序的请求。所以从应用程序的角度来说，available = free + buffer + cache。请注意，这只是一个很理想的计算方式，实际中的数据往往有较大的误差。

但是上面的available参数为什么输出是0呢？请看官方文档的说明

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.

这个参数的输出需要操作系统内核支持，如果内核不支持的话就固定输出一个0。

交换空间(swap space)

swap space 是磁盘上的一块区域，可以是一个分区，也可以是一个文件。所以具体的实现可以是 swap 分区也可以是 swap 文件。当系统物理内存吃紧时，Linux 会将内存中不常访问的数据保存到 swap 上，这样系统就有更多的物理内存为各个进程服务，而当系统需要访问 swap 上存储的内容时，再将 swap 上的数据加载到内存中，这就是常说的换出和换入。交换空间可以在一定程度上缓解内存不足的情况，但是它需要读写磁盘数据，所以性能不是很高。

现在的机器一般都不太缺内存，如果系统默认还是使用了 swap 是不是会拖累系统的性能？理论上是的，但实际上可能性并不是很大。并且内核提供了一个叫做 swappiness 的参数，用于配置需要将内存中不常用的数据移到 swap 中去的紧迫程度。这个参数的取值范围是 0～100，0 告诉内核尽可能的不要将内存数据移到 swap 中，也即只有在迫不得已的情况下才这么做，而 100 告诉内核只要有可能，尽量的将内存中不常访问的数据移到 swap 中。在 ubuntu 系统中，swappiness 的默认值是 60。如果我们觉着内存充足，可以在 /etc/sysctl.conf 文件中设置 swappiness：

vm.swappiness=10

如果系统的内存不足，则需要根据物理内存的大小来设置交换空间的大小。

参考

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