Linux内存中的Cache真的能被回收么？

admin

1. 首先，弄清楚dentry_cache的概念及作用：目录项高速缓存，是Linux为了提高目录项对象的处理效率而设计的；它记录了目录项到inode的映射关系。因此，当应用程序发起stat系统调用时，就会创建对应的dentry_cache项（更进一步，如果每次stat的文件都是不存在的文件，那么总是会有大量新的dentry_cache项被创建）。

2. 当前服务器是storm集群的节点，首先想到了storm相关的工作进程，strace一下storm的worker进程发现其中有非常频繁的stat系统调用发生，而且stat的文件总是新的文件名：

/ ?, K9 V* `* v2 l  Fsudo strace -fp <pid> -e trace=stat
3. 进一步观察到storm的worker进程会在本地目录下频繁的创建、打开、关闭、删除心跳文件，每秒钟一个新的文件名：

1 E$ ^" V* i8 ]* L2 x$ Ksudo strace -fp <pid> -e trace=open,stat,close,unlink
2 p& h& e4 J! D7 \, x! f以上就是系统中为何有如此多的dentry_cache的原因所在。

一个奇怪的现象
通过观察/proc/meminfo发现，slab内存分为两部分：

9 O0 |- {- a% R9 D6 uSReclaimable // 可回收的slab
& ]0 D' ], j7 k9 X1 gSUnreclaim // 不可回收的slab
' J  V3 @( y; P* k- s" Q当时服务器的现状是：slab部分占用的内存，大部分显示的都是SReclaimable，也就是说可以被回收的。
' [2 W0 M. ]0 z* y) z, [
但是通过slabtop观察到slab内存中最主要的部分（dentry_cache）的OBJS几乎都是ACTIVE的，显示100%处于被使用状态。

7 }* K  r/ u& o  OBJS ACTIVE  USE OBJ SIZE  SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME                  
3 |8 W1 d$ w$ R0 |1 @$ n13926348 13926348 100%    0.21K 773686       18   3494744K dentry_cache
3 X. [' B* N7 g2 o8 {9 y; }0 B334040 262056  78%    0.09K   8351       40     33404K buffer_head
151040 150537  99%    0.74K  30208        5    120832K ext3_inode_cache
为什么显示可回收的，但是又处于ACTIVE状态呢？求Linux内核达人看到后热心解释下：（

会不会由于是ACTIVE状态，导致dcache没有被自动回收释放掉呢？
! c: g4 C9 m; V
0 D3 |7 P% e6 i2 K3 g3 J让系统自动回收dcache
上一小节，我们已经提到，服务器上大部分的slab内存是SReclaimable可回收状态的，那么，我们能不能交给操作系统让他在某个时机自动触发回收操作呢？答案是肯定的。
$ s5 J0 y- G% G; ?
查了一些关于Linux dcache的相关资料，发现操作系统会在到了内存临界阈值后，触发kswapd内核进程工作才进行释放，这个阈值的计算方法如下：

1. 首先，grep low /proc/zoneinfo，得到如下结果：
5 b7 `) C& O. @/ r& |) |
3 n0 e; N+ X# @6 ]* N( e/ K        low      1
7 q3 X2 K0 d; l3 c& J3 ~, [: e5 |& C        low      380
        low      12067
2. 将以上3列加起来，乘以4KB，就是这个阈值，通过这个方法计算后发现当前服务器的回收阈值只有48MB，因此很难看到这一现象，实际中可能等不到回收，操作系统就会hang住没响应了。
2 v3 j) |% _# ?, H
2 a, k1 g$ T5 e3. 可以通过以下方法调大这个阈值：将vm.extra_free_kbytes设置为vm.min_free_kbytes和一样大，则/proc/zoneinfo中对应的low阈值就会增大一倍，同时high阈值也会随之增长，以此类推。

$ sudo sysctl -a | grep free_kbytes      
/ S% C0 X% u. I6 B, x7 [4 wvm.min_free_kbytes = 39847
vm.extra_free_kbytes = 0
$ sudo sysctl -w vm.extra_free_kbytes=836787  ######1GB
4. 举个例子，当low阈值被设置为1GB的时候，当系统free的内存小于1GB时，观察到kswapd进程开始工作（进程状态从Sleeping变为Running），同时dcache开始被系统回收，直到系统free的内存介于low阈值和high阈值之间，停止回收。

admin

如何运行 free
) N, J% [2 _. q8 k* d, t9 ]) e想要运行，只需在控制台输入free 即可。不带选项运行会显示一个以KB为单位的默认输出。
: f5 s+ E. P$ a* P
$ free
$ M) Z  k2 n' `# z) |( Yfree默认视图

从上面的截图我们看到：

内存 (以KB计)
2 p  R! g3 a. t/ L1 O9 ETotal（全部） : 1026740
Used（已用） : 843396
Free（可用） : 183344
Shared（共享） : 0
Buffers（块设备缓存区） : 52704
; C( j. z0 m/ R  b. i8 fCached（文件缓存） : 376384
译注：关于Buffers和Cached的区别，来自 http://www.taobaotesting.com/blogs/qa?bid=2265 的一段解释如下：

  T- ^6 o' W+ ^" B4 @buffers是指用来给块设备做的缓冲大小，他只记录文件系统的metadata以及 tracking in-flight pages.

" y* n$ P: M, c! C* C# w, V$ Jcached是用来给文件做缓冲。
3 o/ k& C! L" ^& _" D& _
那就是说：buffers是用来存储，目录里面有什么内容，权限等等。而cached直接用来记忆我们打开的文件
7 T% C9 x1 ?3 U, L' g* f1 k
Swap (以KB计)
" y: U8 `8 n" S: sTotal（全部） : 1045500
' _' \; ~& E+ f) {% aUsed（已用） : 3376
Free（可用） : 1042124
当你看见 buffer/cache 的空闲空间低或者 swap 的空闲空间低，说明内存需要升级了。这意味这内存利用率很高。请注意 shared（共享）内存列应该被忽略 ，因为它已经被废弃了。
. y/ k* l' m: {
以其它单元显示内存信息
# T+ }) d& r! N如我们先前提到的，默认 free 会以 KB 为单位显示信息。free 同样提供给我们 b (B), -k (KB), -m (MB), -g (GB) and –tera (TB)这些单位。要显示我们想要的单位，只要选择一个并在 free 后面跟上。下面一个是以 MB 为单位的输出样例。
5 M+ H6 p# Z/ w% R% N- U3 l
5 b" s4 A7 t* K$ free -m
+ O' f9 k% ?: x' }. k1 O/ e9 Hfree命令以MB为单位

7 U1 z; I) e( _) C这个技巧同样适用于-b, -k, -g 以及 –tera 选项。

以适于人类可读方式显示内存信息
" B5 u( ?" N+ i8 E/ K# @free 同样提供了-h选项，这意味着适于人类可读(译注:系统上可能并不存在-h选项，已被-m取代)。那么这与其它的选项有什么不同呢，如-m(MB)选项？ 可见的最大不同是-h选项会在数字后面加上适于人类可读的单位。让我们看一个例子。
6 C) o2 ^3 x* H  P  l, `4 U; E0 \) _2 ~7 R
( R% m3 u3 b( u/ Z* g# d$ free -h
人类可读的free

. ~# v# i, k9 o9 v4 x如我们一起看到的，在1,0数字后这里是G(GB)字母。当数字并没有达到GB时，free足够聪明来知道并在每个数字后面跟上合适的单位。后面的M - 数字929告诉我们它有929MB(译注: 原文为929 number tell us its 969 Megabytes，这里应该为输入错误)。

间隔显示 free
作为一个状态检查工具，最好的统计内存利用率的方法是使用延迟间隔。这么做的话，我们可以使用-s选项后面跟上我们想要间隔的N秒数。我们可以在后面合并几个选项来使输出满足我们的需求。假如我们想要每3秒统计一次内存利用率并且适于人类可读，那么就像这样做:

$ free -hs 3
间隔3s显示free
1 p+ F" J* ?% n# P8 R6 D/ E; |7 S
显示高低内存利用率
% B: i3 |1 F. l- Z% P如果我们想要知道高低内存统计，我们可以使用-l选项。下面是一个例子。

$ free -l
' e8 |* t9 h' b5 YFree 的 低-高 统计

显示 Linux 全部内存
如果我们需要每列的总计信息，我们可以在 free 命令后面跟上 -t 选项。这会在字底部额外加入一行显示。

5 i* ~' Q1 x5 [/ V$ free -t
free命令带总计内存

总结
除了vmstat以外，free 命令也是一个用于统计内存利用率的简单统计工具。用这个你可以快速查看你的 Linux 内存信息。free 命令使用 /proc/meminfo 作为基准来显示内存利用率信息。如往常一样，你可以在控制台下输入 man free 来获取更多关于 free 的信息。
! i  b2 m! |) H3 N- L4 I1 R" t


1 u. e( [( @$ q9 u; W7 X- Y
% E6 q& V3 T9 g
2 G$ D0 O6 }4 a

前段时间有个项目的用C写的，性能测试时发现内存泄露问题。关于怎么观察内存使用问题，free是很好用的一个命令。

4 n% o/ T! O2 Q- f! P2 J4 e/ Y6 gbash-3.00$ free
7 ~% n8 p# s1 F( g( \& A" G$ @8 n
total       used       free     shared    buffers     cached

Mem:       1572988    1509260      63728          0      62800     277888

7 s4 D  X$ A0 F" k3 ~-/+ buffers/cache:    1168572     404416

Swap:      2096472      16628    2079844



Mem：表示物理内存统计
0 E3 p# B( M' h" A$ C
-/+ buffers/cached：表示物理内存的缓存统计
2 _) ]# H. A: z5 Y4 o+ C
Swap：表示硬盘上交换分区的使用情况，这里我们不去关心。
8 d3 r' o! w9 a  U; ?- C$ p
系统的总物理内存：255268Kb（256M），但系统当前真正可用的内存b并不是第一行free 标记的 16936Kb，它仅代表未被分配的内存。
2 w$ G; V7 N& Y% Y
第1行 Mem： total：表示物理内存总量。
# S; S% D9 v9 X1 ^: F0 s# B, ~
% M' C! w7 W) A: Pused：表示总计分配给缓存（包含buffers 与cache ）使用的数量，但其中可能部分缓存并未实际使用。

free：未被分配的内存。

" M: o4 \3 O# e0 H) ?8 ~5 `shared：共享内存，一般系统不会用到，这里也不讨论。

buffers：系统分配但未被使用的buffers 数量。
: Y! p+ [9 S4 f/ u
cached：系统分配但未被使用的cache 数量。buffer 与cache 的区别见后面。 total = used + free 第2行 -/+ buffers/cached： used：也就是第一行中的used - buffers-cached 也是实际使用的内存总量。
% q: h( Q# [& j5 x
. H& h+ F' L3 D1 M7 |- _! ^free：未被使用的buffers 与cache 和未被分配的内存之和，这就是系统当前实际可用内存。 free 2= buffers1 + cached1 + free1 //free2为第二行、buffers1等为第一行

buffer 与cache 的区别

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 第3行： 第三行所指的是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。
. i6 \9 A0 O+ ^6 W3 q3 f$ L3 ~: C
7 A. d* C, `8 n4 D) u% u$ r所以从应用程序的角度来说，可用内存=系统free memory+buffers+cached.
1 q0 A. R  f$ {
, t5 b  L1 u4 A" `% b3 x5 N* d$ \接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。

8 P9 J2 J& `; z  z) }当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换.
' k& d8 j8 I8 X9 p8 |1 u
如何看额定值（RHEL4.0）：
( K) |4 N5 T) Q/ _) ~" L) K$ N
#cat /proc/meminfo

0 H) o% C- b/ s# m& d交换将通过三个途径来减少系统中使用的物理页面的个数：

1.减少缓冲与页面cache的大小，
/ o( U9 T5 {0 S. D" ~
+ s+ W  F8 I+ R7 B9 \2.将系统V类型的内存页面交换出去，
. f$ b# i3 \" Y# b0 Z* n
2 M  n9 N* G8 a3.换出或者丢弃页面。(Application 占用的内存页，也就是物理内存不足）。
0 M) A' ?: ?; W
事实上，少量地使用swap是不是影响到系统性能的。

8 f5 u3 b6 }0 i! b/ N' d下面是buffers与cached的区别。
5 n1 G+ G7 [6 [' [0 K2 y
7 Y- M9 \6 Z0 X) {# Mbuffers是指用来给块设备做的缓冲大小，他只记录文件系统的metadata以及 tracking in-flight pages.
2 r( K* e, w1 z
" }* Z, U9 I' T; H* X, Qcached是用来给文件做缓冲。

. M/ Z& F) I% f4 s  I那就是说：buffers是用来存储，目录里面有什么内容，权限等等。

而cached直接用来记忆我们打开的文件，如果你想知道他是不是真的生效，你可以试一下，先后执行两次命令#man X ,你就可以明显的感觉到第二次的开打的速度快很多。

实验：在一台没有什么应用的机器上做会看得比较明显。记得实验只能做一次，如果想多做请换一个文件名。

#free
& Z9 Q! ]3 P2 \& L& u7 ]9 p2 A, I' w
#man X
# U9 l4 Q- j  B4 y! t
#free

#man X
- m" v- a% ?9 k" Q( b1 p
4 ]# C# E3 }% ^# D. K, n6 }" ?#free

你可以先后比较一下free后显示buffers的大小。

另一个实验：

#free

#ls /dev
# B' z( H  c3 n4 ]. ^
5 ?$ A" m( c' z) o0 @  }#free
) R4 b' J$ ?2 C. ^( q" B, N
你比较一下两个的大小，当然这个buffers随时都在增加，但你有ls过的话，增加的速度会变得快，这个就是buffers/chached的区别。

因为Linux将你暂时不使用的内存作为文件和数据缓存，以提高系统性能，当你需要这些内存时，系统会自动释放（不像windows那样，即使你有很多空闲内存,他也要访问一下磁盘中的pagefiles）

  M8 E$ a5 A) \% ?使用free命令
. Q7 J) q( r% e9 n; O- e* c
2 k. i) E& G- N8 h& w# j% g将used的值减去   buffer和cache的值就是你当前真实内存使用 ————– 对操作系统来讲是Mem的参数.buffers/cached 都是属于被使用,所以它认为free只有16936.

对应用程序来讲是(-/+ buffers/cach).buffers/cached 是等同可用的，因为buffer/cached是为了提高 程序执行的性能，当程序使用内存时，buffer/cached会很快地被使用。 所以,以应用来看看,以(-/+ buffers/cache)的free和used为主.所以我们看这个就好了.另外告诉大家 一些常识.Linux为了提高磁盘和内存存取效率, Linux做了很多精心的设计, 除了对dentry进行缓存(用于 VFS,加速文件路径名到inode的转换), 还采取了两种主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache。 前者针对磁盘块的读写，后者针对文件inode的读写。这些Cache能有效缩短了 I/O系统调用(比如read,write,getdents)的时间。 记住内存是拿来用的,不是拿来看的.不象windows,无论你的真实物理内存有多少,他都要拿硬盘交换 文件来读.这也就是windows为什么常常提示虚拟空间不足的原因.你们想想,多无聊,在内存还有大部分 的时候,拿出一部分硬盘空间来充当内存.硬盘怎么会快过内存.所以我们看linux,只要不用swap的交换 空间,就不用担心自己的内存太少.如果常常swap用很多,可能你就要考虑加物理内存了.这也是linux看 内存是否够用的标准哦.