linux free 命令詳解 swap

http://www.cnblogs.com/coldplayerest/archive/2010/02/20/1669949.html

 

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眾所周知，現代操作系統都實現了“虛擬內存”這一技術，不但在功能上突破了物理內存的限制，使程序可以操縱大於實際物理內存的空間，更重要的是，“虛擬內存”是隔離每個進程的安全保護網，使每個進程都不受其它程序的干擾。

Swap空間的作用可簡單描述為：當系統的物理內存不夠用的時候，就需要將物理內存中的一部分空間釋放出來，以供當前運行的程序使用。那些被釋放的空間可能來自一些很長時間沒有什么操作的程序，這些被釋放的空間被臨時保存到Swap空間中，等到那些程序要運行時，再從Swap中恢復保存的數據到內存中。這樣，系統總是在物理內存不夠時，才進行Swap交換。

需要說明一點，並不是所有從物理內存中交換出來的數據都會被放到Swap中（如果這樣的話，Swap就會不堪重負），有相當一部分數據被直接交換到文件系統。例如，有的程序會打開一些文件，對文件進行讀寫（其實每個程序都至少要打開一個文件，那就是運行程序本身），當需要將這些程序的內存空間交換出去時，就沒有必要將文件部分的數據放到Swap空間中了，而可以直接將其放到文件里去。如果是讀文件操作，那么內存數據被直接釋放，不需要交換出來，因為下次需要時，可直接從文件系統恢復；如果是寫文件，只需要將變化的數據保存到文件中，以便恢復。但是那些用malloc和new函數生成的對象的數據則不同，它們需要Swap空間，因為它們在文件系統中沒有相應的“儲備”文件，因此被稱作“匿名”(Anonymous)內存數據。這類數據還包括堆棧中的一些狀態和變量數據等。所以說，Swap空間是“匿名”數據的交換空間。

如何設置Swap分區大小

我記得曾經有人對Swap分區大小的設置這樣評論過：“只要不怕浪費硬盤的話越大越好，因為linux內核在物理內存完全用完之前不會去動swap”

不過根據我的經驗，可能不是這樣喔！太大的 swap 空間會造成 kernel 以為有巨大的內存空間而毫不節制的想要把數據捉進內存中，從而導致 kernel 一直在做 memory swap，連帶拖慢系統響應時間。

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解釋一下Linux上free命令的輸出。

　　下面是free的運行結果，一共有4行。為了方便說明，我加上了列號。這樣可以把free的輸出看成一個二維數組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的輸出一共有四行，第四行為交換區的信息，分別是交換的總量（total），使用量（used）和有多少空閑的交換區（free），這個比較清楚，不說太多。

　　free輸出地第二行和第三行是比較讓人迷惑的。這兩行都是說明內存使用情況的。第一列是總量（total），第二列是使用量（used），第三列是可用量（free）。

　　第二行的輸出時從操作系統（OS）來看的。也就是說，從OS的角度來看，計算機上一共有:

• 24677460KB（缺省時free的單位為KB）物理內存，即FO[2][1]；
• 在這些物理內存中有23276064KB（即FO[2][2]）被使用了；
• 還用1401396KB（即FO[2][3]）是可用的；

這里得到第一個等式：

• FO[2][1] = FO[2][2] + FO[2][3]

FO[2][4]表示被幾個進程共享的內存的，現在已經deprecated，其值總是0（當然在一些系統上也可能不是0，主要取決於free命令是怎么實現的）。

FO[2][5]表示被OS buffer住的內存。FO[2][6]表示被OS cache的內存。在有些時候buffer和cache這兩個詞經常混用。不過在一些比較低層的軟件里是要區分這兩個詞的，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.

也就是說buffer是用於存放要輸出到disk（塊設備）的數據的，而cache是存放從disk上讀出的數據。這二者是為了提高IO性能的，並由OS管理。

Linux和其他成熟的操作系統（例如windows），為了提高IO read的性能，總是要多cache一些數據，這也就是為什么FO[2][6]（cached memory）比較大，而FO[2][3]比較小的原因。我們可以做一個簡單的測試:

1. 釋放掉被系統cache占用的數據；
   echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches

    

2. 讀一個大文件，並記錄時間；
3. 關閉該文件；
4. 重讀這個大文件，並記錄時間；

第二次讀應該比第一次快很多。原來我做過一個BerkeleyDB的讀操作，大概要讀5G的文件，幾千萬條記錄。在我的環境上，第二次讀比第一次大概可以快9倍左右。

　　free輸出的第三行是從一個應用程序的角度看系統內存的使用情況。

• 對於FO[3][2]，即-buffers/cache，表示一個應用程序認為系統被用掉多少內存；
• 對於FO[3][3]，即+buffers/cache，表示一個應用程序認為系統還有多少內存；

因為被系統cache和buffer占用的內存可以被快速回收，所以通常FO[3][3]比FO[2][3]會大很多。

這里還用兩個等式：

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

這二者都不難理解。

　　free命令由procps.*.rpm提供（在Redhat系列的OS上）。free命令的所有輸出值都是從/proc/meminfo中讀出的。

在系統上可能有meminfo(2)這個函數，它就是為了解析/proc/meminfo的。procps這個包自己實現了meminfo()這個函數。可以下載一個procps的tar包看看具體實現，現在最新版式3.2.8。