Linux内存、Swap、Cache、Buffer详细解析

通过分析可以知道,当空闲物理内存不多时,不一定表示系统运行状态很差,因为内存的cache及buffer部分可以随时被重用,在某种意义上,这两部分内存也可以看作诗额外的空闲内存。swap如果被频繁调用,bi,bo长时间不为0,则才是内存资源是否紧张的依据。

1. 通过free命令看Linux内存

total:总内存大小。

used:已经使用的内存大小(这里面包含cached和buffers和shared部分)。

free:空闲的内存大小。

shared:进程间共享内存(一般不会用,可以忽略)。

buffers:内存中写完的东西缓存起来,这样快速响应请求,后面数据再定期刷到磁盘上。

cached:内存中读完缓存起来内容占的大小(这部分是为了下次查询时快速返回)。

-/+ buffers/cache看做两部分:

-buffers/cache:正在使用的内存大小(注意不是used部分,因为buffers和cached并不是正在使用的,组织和人民需要是它们是可以释放的),其值=used-buffers-cached。

+buffers/cache:可用的内存大小(同理也不是free表示的部分),其值=free+buffers+cached。

Swap:硬盘上交换分区的使用大小。

设计的目的就是当上面提到的+buffers/cache表示的可用内存都已使用完,新的读写请求过来后,会把内存中的部分数据写入磁盘,从而把磁盘的部分空间当做虚拟内存来使用。

2. Buffer和Cache介绍

Cache(缓存),为了调高CPU和内存之间数据交换而设计,Buffer(缓冲)为了提高内存和硬盘(或其他I/O设备的数据交换而设计)。

Cache主要是针对读操作设计的,不过Cache概念可能容易混淆,我理解为CPU本身就有Cache,包括一级缓存、二级缓存、三级缓存,我们知道CPU所有的指令操作对接的都是内存,而CPU的处理能力远高于内存速度,所以为了不让CPU资源闲置,Intel等公司在CPU内部集成了一些Cache,但毕竟不能放太多电路在里面,所以这部分Cache并不是很大,主要是用来存放一些常用的指令和常用数据,真正大部分Cache的数据应该是占用内存的空间来缓存请求过的数据,即上面的Cached部分(这部分纯属个人理解,正确与否有待考证)。

Buffer主要是针对写操作设计的,更细的说是针对内存和硬盘之间的写操作来设计的,目的是将写的操作集中起来进行,减少磁盘碎片和硬盘反复寻址过程,提高性能。

在Linux系统内部有一个守护进程会定期清空Buffer中的内容,将其写入硬盘内,当手动执行sync命令时也会触发上述操作。

3. 常见症状

症状一:在Linux中频繁存取文件,物理内存很快用光,而cached一直在增长。

解释:Linux会对每次请求过的数据缓存在cache里,好处就是CPU的处理速度远远高于内存,所以在CPU和内存通讯的时候可以快速从cache中命中结果返回。

症状二:Swap被占用。

解释:内存可能不够了,才会占Swap,所以Swap可以作为服务器监控的一项指标,引起注意。

4. 手动清理Swap和buffers/cache

(1) 清理Swap

swapoff -a && swapon -a 

操作说明:如果已经使用了Swap,且当前清空下+buffers/cache还有空间,在执行 swapoff -a操作时,会触发把Swap中的内容交换到内存中,数据不会丢失。

(2) 清理buffers/cache:

sync; sync; sync;&& echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches  sleep 2  echo 0 > /proc/sys/vm/drop_caches 

操作说明:

sync–>将缓存的内从写回到硬盘中;

echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches–>修改drop_caches的值为3,默认为0,改为3系统会清理缓存的内容;

sleep 2 –> 等一下,防止上一步没执行完;

echo 0 >/proc/sys/vm/drop_caches –> 改回默认值

5. 总结

通过上面的分析可以知道,当空闲物理内存不多时,不一定表示系统运行状态很差,因为内存的cache及buffer部分可以随时被重用,在某种意义上,这两部分内存也可以看作诗额外的空闲内存。

swap如果被频繁调用,bi,bo长时间不为0,则才是内存资源是否紧张的依据。通过free看资源时,实际主要关注-/+ buffers/cache的值就可以知道内存到底够不够了。

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