free、vmstat监视内存使用情况

9. free 查询可用内存

free工具用来查看系统可用内存:

/opt/app/tdev1$free
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       8175320    6159248    2016072          0     310208    5243680
-/+ buffers/cache:     605360    7569960
Swap:      6881272      16196    6865076

解释一下Linux上free命令的输出。

下面是free的运行结果，一共有4行。为了方便说明，我加上了列号。这样可以把free的输出看成一个二维数组FO(Free Output)。例如:

FO[2][1] = 24677460
FO[3][2] = 10321516

                   1          2          3          4          5          6
1              total       used       free     shared    buffers     cached
2 Mem:      24677460   23276064    1401396          0     870540   12084008
3 -/+ buffers/cache:   10321516   14355944
4 Swap:     25151484     224188   24927296

free的输出一共有四行，第四行为交换区的信息，分别是交换的总量（total），使用量（used）和有多少空闲的交换区（free），这个比较清楚，不说太多。

free输出地第二行和第三行是比较让人迷惑的。这两行都是说明内存使用情况的。第一列是总量（total），第二列是使用量（used），第三列是可用量（free）。

　　第一行的输出时从操作系统（OS）来看的。也就是说，从OS的角度来看，计算机上一共有:

24677460KB（缺省时free的单位为KB）物理内存，即FO[2][1]； 在这些物理内存中有23276064KB（即FO[2][2]）被使用了； 还用1401396KB（即FO[2][3]）是可用的；

这里得到第一个等式：

FO[2][1] = FO[2][2] + FO[2][3]

FO[2][4]表示被几个进程共享的内存的，现在已经deprecated，其值总是0（当然在一些系统上也可能不是0，主要取决于free命令是怎么实现的）。

FO[2][5]表示被OS buffer住的内存。FO[2][6]表示被OS cache的内存。在有些时候buffer和cache这两个词经常混用。不过在一些比较低层的软件里是要区分这两个词的，看老外的洋文:

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.

也就是说buffer是用于存放要输出到disk（块设备）的数据的，而cache是存放从disk上读出的数据。这二者是为了提高IO性能的，并由OS管理。

Linux和其他成熟的操作系统（例如windows），为了提高IO read的性能，总是要多cache一些数据，这也就是为什么FO[2][6]（cached memory）比较大，而FO[2][3]比较小的原因。我们可以做一个简单的测试:

释放掉被系统cache占用的数据:

echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches

1. 读一个大文件，并记录时间；
2. 关闭该文件；
3. 重读这个大文件，并记录时间；

第二次读应该比第一次快很多。原来我做过一个BerkeleyDB的读操作，大概要读5G的文件，几千万条记录。在我的环境上，第二次读比第一次大概可以快9倍左右。

free输出的第二行是从一个应用程序的角度看系统内存的使用情况。

• 对于FO[3][2]，即-buffers/cache，表示一个应用程序认为系统被用掉多少内存；
• 对于FO[3][3]，即+buffers/cache，表示一个应用程序认为系统还有多少内存；

因为被系统cache和buffer占用的内存可以被快速回收，所以通常FO[3][3]比FO[2][3]会大很多。

这里还用两个等式:

FO[3][2] = FO[2][2] - FO[2][5] - FO[2][6]
FO[3][3] = FO[2][3] + FO[2][5] + FO[2][6]

这二者都不难理解。

free命令由procps.*.rpm提供（在Redhat系列的OS上）。free命令的所有输出值都是从/proc/meminfo中读出的。

在系统上可能有meminfo(2)这个函数，它就是为了解析/proc/meminfo的。procps这个包自己实现了meminfo()这个函数。可以下载一个procps的tar包看看具体实现，现在最新版式3.2.8。

10. vmstat 监视内存使用情况

vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写，可实时动态监视操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动。

10.1. vmstat的语法

　　vmstat [-V] [-n] [delay [count]]

• -V表示打印出版本信息；
• -n表示在周期性循环输出时，输出的头部信息仅显示一次；
• delay是两次输出之间的延迟时间；
• count是指按照这个时间间隔统计的次数。

/root$vmstat 5 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
6  0      0 27900472 204216 28188356    0    0     0     9    1    2 11 14 75  0  0
9  0      0 27900380 204228 28188360    0    0     0    13 33312 126221 22 20 58  0  0
2  0      0 27900340 204240 28188364    0    0     0    10 32755 125566 22 20 58  0  0

10.2. 字段说明

Procs（进程）:

• r: 运行队列中进程数量
• b: 等待IO的进程数量

Memory（内存）:

• swpd: 使用虚拟内存大小
• free: 可用内存大小
• buff: 用作缓冲的内存大小
• cache: 用作缓存的内存大小

Swap:

• si: 每秒从交换区写到内存的大小
• so: 每秒写入交换区的内存大小

IO：（现在的Linux版本块的大小为1024bytes）

• bi: 每秒读取的块数
• bo: 每秒写入的块数

system：

• in: 每秒中断数，包括时钟中断
• cs: 每秒上下文切换数

CPU（以百分比表示）

• us: 用户进程执行时间(user time)
• sy: 系统进程执行时间(system time)
• id: 空闲时间(包括IO等待时间)
• wa: 等待IO时间