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）。

- |% d7 O4 }' _% D4 T- f9 ]7 L2. 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：

sudo strace -fp <pid> -e trace=stat
' x- M) K8 e# Z1 S3. 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：
" g4 @& m/ w/ ~2 {# _
* }) y  \! w) e# O# w5 Z2 t7 M! Msudo strace -fp <pid> -e trace=open,stat,close,unlink
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
  b- C- C' p- x: Q% ?0 I通过观察/proc/meminfo发现，slab内存分为两部分：
' r1 {# l! |) l* `- a$ e; H
0 G; p/ I7 Q2 T  B$ Z& p7 XSReclaimable // 可回收的slab
  g! k- F4 w9 T4 t3 u& WSUnreclaim // 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。
6 Z' T$ N7 F) X# e7 D
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。

* f3 ~0 r* r4 Z# Y6 G( O3 B' l6 J; `4 K% Q  OBJS ACTIVE  USE OBJ SIZE  SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME                  
; K  T. e- z. H3 C6 r  F13926348 13926348 100%    0.21K 773686       18   3494744K dentry_cache
334040 262056  78%    0.09K   8351       40     33404K buffer_head
7 G; G: T- g3 n% p151040 150537  99%    0.74K  30208        5    120832K ext3_inode_cache
3 c0 l1 A; e! H5 j# F0 E9 Y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：（
! k; `# m5 p; c6 z
' C: M$ }' {1 S会不会由于是ACTIVE状态，导致dcache没有被自动回收释放掉呢？
: `& H- n4 T/ g- k( n- V
1 A+ K; \( N6 Z: P" b让系统自动回收dcache
0 d$ e  r* S' ^8 }0 t% ~  B/ v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。
( T& |- t& V' @2 K; @/ R
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：

% c4 t+ ?1 u) }        low      1
        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。
" R0 _7 m' U9 Z5 V" ]' R7 ]
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。
( g3 Z0 h/ W3 |/ J. s
& v( o8 S" Y* N5 P# ]$ sudo sysctl -a | grep free_kbytes      
vm.min_free_kbytes = 39847
vm.extra_free_kbytes = 0
$ sudo sysctl -w vm.extra_free_kbytes=836787  ######1GB
+ N9 ^0 k. ^# p! T; @ 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。
% F7 a( t* w* u2 {- r& n+ a
$ free
' U- P, n3 p8 b$ g, K# _free默认视图

从上面的截图我们看到：

0 ^0 a" Q$ g5 g7 q0 S, l内存 (以KB计)
% \# J- P. V9 w/ mTotal（全部） : 1026740
Used（已用） : 843396
& r+ X" Y4 K/ L* Y5 ?Free（可用） : 183344
9 F! h' N+ b' N3 X2 U& TShared（共享） : 0
Buffers（块设备缓存区） : 52704
Cached（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：

5 K5 n- {% o  W! ebuffers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.

; S6 m2 B$ O3 \* M9 U& K" R, icached是用来给文件做缓冲。

1 H4 ?& e+ U3 e+ B$ B( 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
" x3 F9 f6 l6 O+ C( I3 o
  c+ q3 ~: E2 PSwap (以KB计)
Total（全部） : 1045500
. w/ x1 k' y, I( B9 e1 O- zUsed（已用） : 3376
  Q( X* t  U4 u  v, v3 l7 S* FFree（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。
: T+ t/ h) V$ [; o/ o. [/ |) H& e
以其它单元显示内存信息
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。
, r/ B  c! N/ L
9 f6 @" u) i/ c$ free -m
free命令以MB为单位

. t' y, y% v! s) e4 B% z& e这个技巧同样适用于-b, -k, -g 以及 –tera 选项。
) `% Y6 U% ~4 c0 L" Y: B
! }% o0 S. a5 _8 ^6 \以适于人类可读方式显示内存信息
  x. a% _  @- x4 ffree 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。

/ {% a- H( w& |$ q, B$ free -h
人类可读的free
- N( e0 `/ T8 x! b- x% n6 p
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)。
" l4 j& u" B4 G0 b4 c' N
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:
( J# D( \/ q* m+ [' q- ~
7 f  n8 z8 @( ?4 {$ free -hs 3
间隔3s显示free
" K3 f% `) u- h7 F; x
- ~6 R% y6 @6 v0 f( d显示高低内存利用率
$ ~7 b/ F8 u5 d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。
9 b- g+ h4 G+ Y, x
  f* d8 u! t  p8 n( b- H3 @$ free -l
- R6 f) J8 B  N" G+ lFree 的 低-高 统计

1 `; h$ e  J6 S! T% A$ `7 K显示 Linux 全部内存
" M1 k. u; i, C- V) ^" S( U* w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。
! D$ Y. _7 B8 P! o, m8 s# @
  Z* I, c; C0 R- P$ free -t
9 `6 m/ e$ }. @2 H0 {. ufree命令带总计内存

% }% @7 L& \' i& G0 C1 F9 H; h总结
2 b2 S( |& N2 E/ w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。

8 M7 W# R) a. p# i* N7 y

4 |" h( V" T8 i9 w

1 w  q  ~0 J6 S0 n9 a+ X

3 e) b  W/ e7 S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。
0 |" E1 q9 y! B, Q! _7 y
% h# T6 N5 D4 h, I- _) H" Obash-3.00$ free
& M0 @- D0 e2 I' m  O5 Z+ \  B
total       used       free     shared    buffers     cached

Mem:       1572988    1509260      63728          0      62800     277888
* I* z( _! K( R0 T! M  F
-/+ buffers/cache:    1168572     404416

Swap:      2096472      16628    2079844



Mem：表示物理内存统计

-/+ buffers/cached：表示物理内存的缓存统计

Swap：表示硬盘上交换分区的使用情况，这里我们不去关心。
+ h" f+ Q8 s$ E9 l5 h# M8 L
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。
$ c& C5 w% J8 o1 u
# s2 O$ H* Z! l5 G第1行 Mem： total：表示物理内存总量。
( O% x; W* p* `
+ s& y* [' b+ C& w- _( c, fused：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。
/ O: w! ~' b' c& y2 a! a
free：未被分配的内存。

shared：共享内存，一般系统不会用到，这里也不讨论。

7 z! S" ~. o, c6 ~  r7 Y  Bbuffers：系统分配但未被使用的buffers 数量。
' v8 A# H5 f  w4 J
1 m* P3 I" d! L) ]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% Q+ V3 u* d) Q# J) V4 B, Cfree：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
) J7 j- t% a/ x" Y7 q
* e: u7 Q: }0 y3 t' G7 vbuffer 与cache 的区别
5 \  S; e  L" J7 p0 f3 j) [
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.
, s; @' ]6 e1 C/ c; I4 i& x
接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。
/ Q" \9 p  P- n
2 Z& A  [; j6 O: F4 |. a& J当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换.
- ?  l1 j- }7 B: E# }* h
如何看额定值（RHEL4.0）：

% Q) i) q, ~# ^; |6 D#cat /proc/meminfo

* n) O5 H# C: D: C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，
: u. Z' ]2 L) l; y
2.将系统V类型的内存页面交换出去，

  C% o, B% e* ~- q6 a& K* x3.换出或者丢弃页面。(Application 占用的内存页，也就是物理内存不足）。
& D: t4 c9 ]; g, j. U5 M$ ?* b
事实上，少量地使用swap是不是影响到系统性能的。
7 I/ b( u# l! r0 L( a
% J& a, F; F, n# k$ ]下面是buffers与cached的区别。

4 x7 D& w9 O5 S# M6 Fbuffers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.
9 }* _$ R+ Z6 D) V% H& k7 t/ o, [% \! [
3 N" N9 W; Z; ]6 q' n- p2 |cached是用来给文件做缓冲。
$ [, V; x' w7 Z' T( W
6 i( D2 M3 x7 B) u6 _那就是说：buffers是用来存储，目录里面有什么内容，权限等等。

  E: H5 ]" i: h$ e& r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。

1 K1 ^3 |) M# o  @( V4 n* j1 F/ j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。
: Y# H$ ]( O+ d2 B7 f( K
0 X# D" Q8 p1 t$ n" M#free
1 \/ V! F  [3 P9 G. A7 a0 o& }
5 ]9 o- M$ v0 Z/ w) g#man X

#free
( j6 v% ?- F* B# N# [, I
, y$ G( U  V0 F6 m% D* |* W#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

% t) n6 N* x$ ]% I/ k5 O2 [2 H#ls /dev
7 K7 s9 ^6 z2 t" d& I
#free

. n3 Z* t' k+ T% e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。

! j" u  ]; r- ]9 p, T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）
2 _& Q3 R% ]' s9 R' S3 }4 d
使用free命令

. C, h- O, E% v( i# D2 f0 D1 b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.
# X" ]( H4 l9 J
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.