Linux吃掉了我的內存

01-23

分享一篇Linux內存管理的經典文章，原文出自Linux吃掉我的內存。

在Windows下資源管理器查看內存使用的情況，如果使用率達到80%以上，再運行大程序就能感覺到系統不流暢了，因為在內存緊缺的情況下使用交換分區，頻繁地從磁碟上換入換出頁會極大地影響系統的性能。而當我們使用free命令查看Linux系統內存使用情況時，會發現內存使用一直處於較高的水平，即使此時系統並沒有運行多少軟體。這正是Windows和Linux在內存管理上的區別，乍一看，Linux系統吃掉我們的內存（Linux ate my ram），但其實這也正是其內存管理的特點。

free命令介紹

下面為使用free命令查看我們實驗室文件伺服器內存得到的結果，-m選項表示使用MB為單位：

輸出的第二行表示系統內存的使用情況：

Mem： total（總量）= 3920MB，

used（已使用）= 1938MB，
free（空閑）= 1982MB，
shared（共享內存）= 0MB，
buffers = 497MB，
cached = 1235MB

註：前面四項都比較好理解，buffer 和 cache找不到合適的詞來翻譯，它們的區別在於：

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.

即buffer用於存放要輸出到磁碟的數據，而cache是從磁碟讀出存放到內存中待今後使用的數據。它們的引入均是為了提供IO的性能。

輸出的第三行表示在第二行的基礎上-/+ buffers/cache得到的：

– buffers/cache used = Mem used – buffers – cached = 1938MB – 497MB – 1235MB = 205MB
+ buffers/cache free = Mem free + buffers + cached = 1982MB + 497MB + 1235MB = 3714MB

輸出的第三行表示交換分區使用的情況：

Swap：total（總量）= 4095MB

used（使用）= 0MB
free（空閑）= 4095MB

由於系統當前內存還比較充足，並未使用到交換分區。

上面輸出的結果比較難理解的可能是第三行，為什麼要向用戶展示這行數據呢？內存使用量減去系統buffer/cached的內存表示何意呢？系統空閑內存加上buffer/cached的內存又表示何意？

內存的分類

我們把內存分為三類，從用戶和操作系統的角度對其使用情況有不同的稱呼：

Memory that isYou』d call itLinux calls ittaken by applicationsUsedUsedavailable for applications, and used for somethingFreeUsednot used for anythingFreeFree

上表中something代表的正是free命令中」buffers/cached」的內存，由於這塊內存從操作系統的角度確實被使用，但如果用戶要使用，這塊內存是可以很快被回收被用戶程序使用，因此從用戶角度這塊內存應劃為空閑狀態。

再次回到free命令輸出的結果，第三行輸出的結果應該就能理解了，這行的數字表示從用戶角度看系統內存的使用情況。因此，如果你用top或者free命令查看系統的內存還剩多少，其實你應該將空閑內存加上buffer/cached的內存，那才是實際系統空閑的內存。

buffers/cached好處

Linux

內存管理做了很多精心的設計，除了對dentry進行緩存（用於VFS，加速文件路徑名到inode的轉換），還採取了兩種主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache，目的就是為了提升磁碟IO的性能。從低速的塊設備上讀取數據會暫時保存在內存中，即使數據在當時已經不再需要了，但在應用程序下一次訪問該數據時，它可以從內存中直接讀取，從而繞開低速的塊設備，從而提高系統的整體性能。

而Linux會充分利用這些空閑的內存，設計思想是內存空閑還不如拿來多緩存一些數據，等下次程序再次訪問這些數據速度就快了，而如果程序要使用內存而系統中內存又不足時，這時不是使用交換分區，而是快速回收部分緩存，將它們留給用戶程序使用。

因此，可以看出，buffers/cached真是百益而無一害，真正的壞處可能讓用戶產生一種錯覺——Linux耗內存！其實不然，Linux並沒有吃掉你的內存，只要還未使用到交換分區，你的內存所剩無幾時，你應該感到慶幸，因為Linux緩存了大量的數據，也許下一次你就從中受益！

實驗證明

下面通過實驗來驗證上面的結論：

我們先後讀入一個大文件，比較兩次讀入的實踐：

1.首先生成一個1G的大文件

2.清空緩存

3.讀入這個文件，測試消耗的時間

4.再次讀入該文件，測試消耗的時間

從上面看出，第一次讀這個1G的文件大約耗時18s，而第二次再次讀的時候，只耗時0.3s，足足提升60倍！

參考資料：

https://groups.google.com/forum/#!topic/shlug/Dvc-ciKGt7s/discussion 實驗室師兄以前提出」cp命令佔用雙倍內存問題」，在SLUG上的討論，正是這個疑惑一直在我心中
http://www.linuxatemyram.com/ 前兩天在Hacker News看到」Linux ate my ram」這個網頁，寫的通俗易懂，也順藤摸瓜解決心中很多疑惑
http://www.linuxatemyram.com/play.html 作者給出了其他的實驗來分別驗證磁碟cache對程序分配、交換分區、程序載入時間等的影響
http://www.cnblogs.com/coldplayerest/archive/2010/02/20/1669949.html 一篇對free命令介紹的博客

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