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）。

  b4 L7 A; q8 c' o0 x; [  {, y2. 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：

% ~+ Z% }- }* h) @0 s& a  ~sudo strace -fp <pid> -e trace=stat
! Z1 t/ h# z& x3. 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：

sudo strace -fp <pid> -e trace=open,stat,close,unlink
* N* F6 n1 N6 N% U& o以上就是系统中为何有如此多的dentry_cache的原因所在。
7 S0 {. y! R9 A! G: b
一个奇怪的现象
( q( O% ]1 n% ?6 x5 Z$ V# N. |) d. [通过观察/proc/meminfo发现，slab内存分为两部分：

SReclaimable // 可回收的slab
SUnreclaim // 不可回收的slab
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 ]* m* z* J, r
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。

  OBJS ACTIVE  USE OBJ SIZE  SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME                  
13926348 13926348 100%    0.21K 773686       18   3494744K dentry_cache
. P8 V% u& d" q) g) p9 \334040 262056  78%    0.09K   8351       40     33404K buffer_head
" a( P8 h& k& V8 P151040 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：（
: n9 z- m& W1 T6 O0 P! y3 }3 }
会不会由于是ACTIVE状态，导致dcache没有被自动回收释放掉呢？

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。
) }& {  I5 x, B* o$ U: ?
9 A4 X$ r* i+ l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：

8 N  }; e  M" h1. 首先，grep low /proc/zoneinfo，得到如下结果：
: r( |. x- q; C0 p2 n
        low      1
; c( f2 S9 {- N$ H% f7 p4 Q        low      380
1 H/ ~! r" k6 V) p        low      12067
5 |1 h! q: |# ?1 [/ H2. 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。
0 C, w" _; n) x2 N3 O# @7 ~
3. 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      
vm.min_free_kbytes = 39847
8 k8 }& c( m9 `! q$ j3 Cvm.extra_free_kbytes = 0
$ sudo sysctl -w vm.extra_free_kbytes=836787  ######1GB
1 c  P$ X# f* h 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。

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如何运行 free
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。
* N2 R& [  x6 F2 ^
$ free
free默认视图
! p8 O1 O1 ~5 N) |/ C9 O$ M
" G8 P3 S; [" K; ?3 A从上面的截图我们看到：
! [3 y, b  [! @% a9 o; x; `
内存 (以KB计)
0 h( C, @, W3 K, Y, ATotal（全部） : 1026740
Used（已用） : 843396
Free（可用） : 183344
7 t/ B1 a- J" DShared（共享） : 0
Buffers（块设备缓存区） : 52704
* D% N' q7 N1 f5 G* TCached（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：
3 g' J3 k/ s* l: l
$ c0 H' T4 a6 h' g) d: \6 cbuffers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.
& h' O  F; k; u; J
6 C! \- x, S5 _# ]) D2 S8 u1 ~cached是用来给文件做缓冲。

3 l3 C% T9 Q/ ~6 A1 G! N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
. [. L" C3 M* O( I% P4 r1 c
5 Z4 u0 u2 W; j  p0 `1 ]Swap (以KB计)
Total（全部） : 1045500
Used（已用） : 3376
Free（可用） : 1042124
( [1 L: H1 V* i4 C$ u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。
! w0 f/ T1 B/ w/ M3 e
以其它单元显示内存信息
) ~  b7 v% M/ E) G$ ^* i6 a# B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。

$ free -m
4 j4 |& b" i3 S5 Bfree命令以MB为单位
& s" r/ f. M2 b3 m0 [- H
; c- w) N/ [  T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
, N- S- Y: x. H1 r* ?% T6 f0 i; pfree 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。

$ free -h
人类可读的free
6 ?, X6 D/ r6 i! |; h/ ]
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)。

: U9 N2 t" n9 r7 f, ^3 ]间隔显示 free
4 J) ]1 R: l1 @6 V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:

+ \" l5 k, X* M6 l3 H$ Y$ free -hs 3
间隔3s显示free

7 @& _: ]$ B6 Y" f3 s3 L& r( V" ^显示高低内存利用率
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
& @* {$ }6 k5 C! p: K; \' Z% sFree 的 低-高 统计

显示 Linux 全部内存
# _/ ~2 V- Z9 j0 Z8 U" j) Y6 C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。

$ free -t
free命令带总计内存
: l: m1 u1 y9 {
总结
6 C" }0 r/ |, V$ O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。
) o  E( J( j6 S2 d# {$ }

' R6 o0 s- s6 B8 B5 h6 e
# G. m+ T' A/ I  l5 j6 h* U5 G) [/ K

6 Y( z0 T2 T* C1 T. N, J3 j8 ?

1 i+ G( q* C; s0 E5 r% m1 n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。

bash-3.00$ free
: `! Y  f9 p! W. s0 [
$ @  V- V) x: W! E4 atotal       used       free     shared    buffers     cached

Mem:       1572988    1509260      63728          0      62800     277888
; {. @4 a! O0 l6 o8 k9 a9 L% I" @2 y
-/+ buffers/cache:    1168572     404416

Swap:      2096472      16628    2079844
5 t8 U' U1 c) I$ J7 N
4 f; o+ Z5 n9 x' {+ P
& _% m  ~1 Q6 T8 i* D1 K! A
, J  ^4 C  X" T$ L! V- ~Mem：表示物理内存统计

* i1 z' {- H: h-/+ buffers/cached：表示物理内存的缓存统计
# _6 ~  d! u% E; B5 M2 W& m/ r3 E
- |( i! ^$ Q0 y+ G) j% s+ [1 sSwap：表示硬盘上交换分区的使用情况，这里我们不去关心。
5 M! Y2 U# c7 D
; s/ V' F- t8 F" s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。
& `; }* s0 T% b/ J0 W3 D3 d
第1行 Mem： total：表示物理内存总量。

5 e. t# M7 I3 B) bused：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。
8 `* _' e4 o/ j) v+ E" s3 x
free：未被分配的内存。

: `$ R& j+ h( w$ Mshared：共享内存，一般系统不会用到，这里也不讨论。
- C; u+ d" T* c& P8 Y9 H* H! c$ V
buffers：系统分配但未被使用的buffers 数量。
4 G, p2 ]! @+ t0 b/ j+ f6 Y
& P, K+ k: S, k0 Acached：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' {. c( K; V! |6 @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
# n0 k% S0 L+ H/ P8 z9 U( n; E) V
$ ]& d( M" c. x/ t9 hbuffer 与cache 的区别
  R7 ^- g( y/ h8 A
: c! K, @& |! h1 ?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。

所以从应用程序的角度来说，可用内存=系统free memory+buffers+cached.

接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。
: ^& i; @& @" ^+ H4 a# u1 i) n
当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换.
( [# x8 o% u# r! ?9 m: q1 B0 W
如何看额定值（RHEL4.0）：
9 s" ^( o1 ^" `. W0 Z
#cat /proc/meminfo
, q6 u* q, D9 t' T4 y
9 C/ X; w% {: h6 a0 g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，
0 x/ M8 r& M' U. J3 T
2.将系统V类型的内存页面交换出去，
) W( H# D: p; e% }
3.换出或者丢弃页面。(Application 占用的内存页，也就是物理内存不足）。

* b9 i) q+ Y+ ?事实上，少量地使用swap是不是影响到系统性能的。
( r" P' d: B- k; d) p; ~
下面是buffers与cached的区别。
4 A* R- o8 o0 r4 _
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.
. H% A' K$ q4 Q4 C
, T6 g) d2 f" X. fcached是用来给文件做缓冲。

那就是说：buffers是用来存储，目录里面有什么内容，权限等等。
3 l1 T. c. ^2 I
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。
# p5 J$ g6 V/ G" `
2 a$ x% u, C+ l. H: e" G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。
7 \1 _3 r" M; F& N5 z* g
/ X: @( f6 Q' S; K- T; z#free
) b* }6 T0 S5 p. }: O1 U
( A( T( c5 Q  |% U( g8 P" l  O& g#man X

#free
0 x0 o- e% @) H1 c; `# ]
8 a1 m$ d0 {0 `) B# Y; @6 b+ \) e: F/ \#man X

#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
5 F- [% \% i3 m9 r& t
5 a" F2 @  {+ k4 k- r7 G#free
% a" K* m3 y$ l/ m  f9 ^3 F2 x2 I
/ q& G1 K; F/ v/ c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。
2 y8 k* j9 }, a3 W
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）
* \$ F; Z  g& @- [) X
使用free命令

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.