通过free命令了解Linux系统内存状态

一、free命令作用

在大多数Linux发行版中都可以通过 free 命令来查看显示系统内存状态，该命令主要会汇总出包括系统物理内存、swap 交换分区、共享内存和系统缓存的使用情况。这些数据主要是从/proc/meminfo中读出并解析得到。
可以通过free --help 查看该命令的使用方法，也可以通过man free查看该命令的详细操作手册。（程序员在旅途）

二、使用示例

[root@docker-registry ~]# free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2.7G        672M        1.7G         12M        420M        1.8G
Swap:          2.0G          0B        2.0G
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参数解析

total 是物理内存大小；
used 是已经使用的内存大小，包括了 buff/cache 和 应用程序实际使用的内存；
free 是空闲的内存数，没有被真正使用的内存空间；
shared 是共享内存大小，共享内存是进程间通信的一种方式；
buff/cache 系统为了提高文件的读写速率而使用的一块内存空间，当应用程序需要使用内存时，这块内存是可以很快被回收而被用户空间程序使用。
available，估算的是当前系统中有多少内存可以用于应用程序的使用，buff/cache占用的内存在有需要的时候是可以被回收的。
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available和free的区别

可用内存=系统free memory+buff/cache。free是系统中空闲的内存大小，buff/cache虽然是在需要的时候可以回收的，但是当前也是被利用状态，available统计的是应用程序可用内存空间，buff/cache是可回收，可被应用程序使用的。从应用程序角度来看，对于应用程序来说，buffers/cached 是等于可用的，因为buffer/cached是为了提高文件读取的性能，当应用程序需在用到内存的时候，buffer/cached会很快地被回收。

buff/cache机制

buff/cache是为了协调内存与磁盘文件读写IO速率差异性、提高系统的工作效率而设计的。
cache
cache 就是缓存的意思。当系统读文件的时候，是把数据从硬盘读到内存里，因为硬盘比内存慢很多，所以这个过程会很耗时。为了提高效率，linux 会把读进来的文件在内存中缓存下来，供程序接下来使用，即使程序结束，cache 也不会被自动释放，系统会根据换出算法把cache缓存置换出去。所以如果有程序进行大量的读文件操作，内存使用率也会相应的提高。

buffer
buffer 和 cache 相近，稍有区别。考虑内存写文件到硬盘的过程，内存和磁盘的IO差距很大，如果内存要等待数据写完之后才继续后面的操作，会影响程序的运行速度，也会降低系统的相应。所以系统设计了 buffer，写到硬盘的数据会放到 buffer 里面，内存很快把数据写到 buffer，可以继续其他的工作，而硬盘可以在后台慢慢读出 buffer 中的数据，保存起来。这样就提高了读写的效率。

以下对cache做一个验证,在有cache的情况下，读写IO会快很多：

[root@docker-registry test]# time dd if=/dev/zero of=test.log bs=1M count=500
500+0 records in
500+0 records out
524288000 bytes (524 MB) copied, 5.04675 s, 104 MB/s

real    0m5.067s
user    0m0.006s
sys     0m5.056s
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[root@docker-registry test]# time dd if=test.log of=/dev/zero bs=1M count=500
500+0 records in
500+0 records out
524288000 bytes (524 MB) copied, 0.145132 s, 3.6 GB/s

real    0m0.151s
user    0m0.002s
sys     0m0.149s
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观察 buffer/cache

[root@docker-registry test]# free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2.7G        693M        950M         59M        1.1G        1.7G
Swap:          2.0G          0B        2.0G
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然后手动清理一下 cache：

echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches

[root@docker-registry test]# free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2.7G        695M        1.6G         59M        417M        1.8G
Swap:          2.0G          0B        2.0G
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然后再操作该文件，可见慢很多

[root@docker-registry test]# time dd if=test.log of=/dev/zero bs=1M count=500
500+0 records in
500+0 records out
524288000 bytes (524 MB) copied, 4.08157 s, 128 MB/s

real    0m4.086s
user    0m0.002s
sys     0m4.083s
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以上，可看到buff/cache对IO的的提升还是很明显的。