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Linux記憶體檢視及解釋 free

一、命令

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[[email protected] ~]# free -m

             total       used       free     shared    buffers     cached

Mem:          7869       7651        218          1        191       5081

-/+ buffers/cache:       2378       5490

Swap:          478        139        339

二、計算

這裡使用12 分別代表第一行和第二行的資料

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total1:表示物理 記憶體總量

used1:表示總計分配給快取(包含buffers 與cache )使用的數量,但其中可能部分快取並未實際使用

free1:未被分配的記憶體

shared1:共享記憶體,一般系統不會用到,這裡也不討論

buffers1: 系統分配但未被使用的buffers 數量

cached1:系統分配但未被使用的cache 數量

used2:實際使用的buffers 與cache 總量,也是實際使用的記憶體總量

free2:未被 使用的buffers 與cache 和未被分配的記憶體之和,這就是系統當前實際可用記憶體

可以整理出如下等式

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total1 = used1 + free1

total1 = used2 + free2

used1 = buffers1 + cached1 + used2

free2 = buffers1 + cached1 + free1

具體計算

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7869 = 7651 + 218

7869 = 2378 + 5490  #7868基本相等,因為有shared)

7651 = 191 + 5081 + 2378 #7650 基本相等,因為有shared)

5490 = 191 + 5081 + 218

為什麼這樣計算呢,因為bufferscache其實也是記憶體的一部分,這部分特殊的記憶體是可以回收的,甚至如果需要我們還可以將這部分bufferscache給釋放出來

三、區別

1page cahebuffer cache

Page cache實際上是針對檔案系統的,是檔案的快取,在檔案層面上的資料會快取到page cache。檔案的邏輯層需要對映到實際的物理磁碟,這種對映關係由檔案系統來完成。當page cache的資料需要重新整理時,page cache中的資料交給buffer cache,但是這種處理在2.6版本的核心之後就變的很簡單了,沒有真正意義上的cache操作。 Buffer cache是針對磁碟塊的快取,也就是在沒有檔案系統的情況下,直接對磁碟進行操作的資料會快取到buffer cache中,例如,檔案系統的元資料都會快取到buffer cache中。 簡單說來,page cache用來快取檔案資料,buffer cache用來快取磁碟資料。在有檔案系統的情況下,對檔案操作,那麼資料會快取到page cache,如果直接採用dd等工具對磁碟進行讀寫,那麼資料會快取到buffer cache 補充一點,在檔案系統層每個裝置都會分配一個def_blk_ops的檔案操作方法,這是裝置的操作方法,在每個裝置的inode下面會存在一個radix tree,這個radix tree下面將會放置快取資料的page頁。這個page的數量將會在top程式的buffer一欄中顯示。如果裝置做了檔案系統,那麼會生成一個inode,這個inode會分配ext3_ops之類的操作方法,這些方法是檔案系統的方法,在這個inode下面同樣存在一個radix tree,這裡會快取檔案的page頁,快取頁的數量在top程式的cache一欄進行統計。從上面的分析可以看出,2.6核心中的buffer cachepage cache在處理上是保持一致的,但是存在概念上的差別,page cache針對檔案的cachebuffer是針對磁碟塊資料的cache,僅此而已。 

2cache buffer的區別

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 ; 對於共享記憶體(Shared memory),主要用於在UNIX 環境下不同程序之間共享資料,是程序間通訊的一種方法,一般的應用程式不會申請使用共享記憶體

Cache:快取記憶體,是位於CPU與主記憶體間的一種容量較小但速度很高的儲存器。由於CPU的速度遠高於主記憶體,CPU直接從記憶體中存取資料要等待一定時間週期,Cache中儲存著CPU剛用過或迴圈使用的一部分資料,當CPU再次使用該部分資料時可從Cache中直接呼叫,這樣就減少了CPU的等待時間,提高了系統的效率。Cache又分為一級CacheL1 Cache)和二級CacheL2 Cache),L1 Cache整合在CPU內部,L2 Cache早期一般是焊在主機板上,現在也都整合在CPU內部,常見的容量有256KB512KB L2 Cache

它是根據程式的區域性性原理而設計的,就是cpu執行的指令和訪問的資料往往在集中的某一塊,所以把這塊內容放入cache後,cpu就不用在訪問記憶體了,這就提高了訪問速度。當然若cache中沒有cpu所需要的內容,還是要訪問記憶體的

檢視CPU L1L2L3

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[[email protected] ~]# ll /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/

total 0

drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index0 #一級cache中的data和instruction cache

drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index1 #一級cache中的data和instruction cache

drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index2 #二級cache,共享的

drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index3 #三級cache,共享的 

Buffer:緩衝區,一個用於儲存速度不同步的裝置或優先順序不同的裝置之間傳輸資料的區域。通過緩衝區,可以使程序之間的相互等待變少,從而使從速度慢的裝置讀入資料時,速度快的裝置的操作程序不發生間斷。 

3Free中的buffercache (它們都是佔用記憶體)基於記憶體的

buffer :作為buffer cache的記憶體,是塊裝置的讀寫緩衝區 

cache:作為page cache的記憶體, 檔案系統的cache 

如果 cache 的值很大,說明cache住的檔案數很多。如果頻繁訪問到的檔案都能被cache住,那麼磁碟的讀IO 必會非常小

如何釋放Cache Memory

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To free pagecache:

echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches

To free dentries and inodes:

echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches

To free pagecache, dentries and inodes:

echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

#注意,釋放前最好sync一下,防止丟失資料,但是一般情況下沒有必要手動釋放記憶體

4、總結

cachedcpu與記憶體間的,buffer是記憶體與磁碟間的,都是為了解決速度不對等的問題

  • 快取(cached)是把讀取過的資料儲存起來,重新讀取時若命中(找到需要的資料)就不要去讀硬碟了,若沒有命中就讀硬碟。其中的資料會根據讀取頻率進行組織,把最頻繁讀取的內容放在最容易找到的位置,把不再讀的內容不斷往後排,直至從中刪除
  • 緩衝(buffers)是根據磁碟的讀寫設計的,把分散的寫操作集中進行,減少磁碟碎片和硬碟的反覆尋道,從而提高系統性能。linux有一個守護程序定期 清空緩衝內容(即寫入磁碟),也可以通過sync命令手動清空緩衝。舉個例子吧:我這裡有一個ext2U盤,我往裡面cp一個3MMP3,但U盤的燈 沒有跳動,過了一會兒(或者手動輸入syncU盤的燈就跳動起來了。解除安裝裝置時會清空緩衝,所以有些時候解除安裝一個裝置時要等上幾秒鐘
  • 修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右邊的數字可以在下次開機時調節swap使用策略。該數字範圍是0100,數字越大越傾向於使用swap。預設為60,可以改一下試試。兩者都是RAM中的資料

buffer是即將要被寫入磁碟的,而cache是被從磁碟中讀出來的

  • buffer是由各種程序分配的,被用在如輸入佇列等方面。一個簡單的例子如某個程序要求有多個欄位讀入,在所有欄位被讀入完整之前,程序把先前讀入的欄位放在buffer中儲存
  • cache經常被用在磁碟的I/O請求上,如果有多個程序都要訪問某個檔案,於是該檔案便被做成cache以方便下次被訪問,這樣可提高系統性能
  • Buffer Cachebuffer cache,又稱bcache,其中文名稱為緩衝器高速緩衝儲存器,簡稱緩衝器高緩。另外,buffer cache按照其工作原理,又被稱為塊高緩