作者 | 阿文
责编 | 郭芮
作为一名Linux 系统运维工程，在日常管理 Linux 的时候，我们经常发现系统的空闲内存差不多总是被用完了。
通常，我们可以通过 top 和 free 查看内存使用情况：
top - 15:03:28 up 7 days, 1:34, 1 user, load average: 0.00, 0.00, 0.00
Tasks: 84 total, 2 running, 51 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 0.0 us, 0.3 sy, 0.0 ni, 99.7 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem : 1006556 total, 65612 free, 174148 used, 766796 buff/cache
KiB Swap: 969964 total, 969964 free, 0 used. 660016 avail Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
649 root 10 -10 140280 13976 8536 S 0.3 1.4 34:45.14 AliYunDun
7945 root 20 0 43532 3772 3172 R 0.3 0.4 0:00.01 top
1 root 20 0 159728 8988 6676 S 0.0 0.9 0:06.86 systemd
2 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.04 kthreadd
3 root 0 -20 0 0 0 I 0.0 0.0 0:00.00 rcu_gp
4 root 0 -20 0 0 0 I 0.0 0.0 0:00.00 rcu_par_gp
……
执行 free：
# free
total used free shared buff/cache available
Mem: 1006556 174140 65588 6936 766828 660024
Swap: 969964 0 969964root@aliyun:~# free
total used free shared buff/cache available
Mem: 1006556 174140 65588 6936 766828 660024
Swap: 969964 0 969964
为了更人性化地显示，我们可以加上 -h 选项：
# free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 982M 170M 63M 6.8M 748M 644M
Swap: 947M 0B 947M
可以看到我们的可用内存才 63M，总共内存1G，但是，事实真的是内存被用完了吗？要了解这个问题，我们需要了解 Linux 的内存分配管理机制。
在 Linux 中为了充分发挥和利益可用的内存空间，Linux 会把一些程序调用过的硬盘数据写入内存，利用内存的读写高速的特性提高 Linux 系统的数据访问性能。
那么我们看下 Windows，Windows 操作系统的内存是只有当使用的时候，才会分配内存，这就导致你有4个G内存，但是实际只用了2个G，而剩下的2个G就一直处于空闲状态，而 Linux 则将所有的内存都利用起来。
Linux 的这个特性，主要是把物理内存划分出一部分的空间，我们称作 cache/buffers。
$ free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 1.9G 63M 1.3G 8.5M 531M 1.7G
Swap: 2.0G 0B 2.0G
你可以看到，free 输出的是一个表格，其中的数值都默认以字节为单位。表格总共有两行六列，这两行分别是物理内存 Mem 和交换分区 Swap 的使用情况，而六列中，每列数据的含义分别为：
-
第一列，total是总内存大小；
-
第二列，used是已使用内存的大小，包含了共享内存；
-
第三列，free是未使用内存的大小；
-
第四列，shared是共享内存的大小；
-
第五列，buff/cache是缓存和缓冲区的大小；
-
最后一列，available是新进程可用内存的大小。
注意一下，最后一列的可用内存available。available 不仅包含未使用内存，还包括了可回收的缓存，所以一般会比未使用内存更大。不过，并不是所有缓存都可以回收，因为有些缓存可能正在使用中。
这里的 buffer 和cache 是什么意思呢？我们可以通过 man free 查看解释。
DESCRIPTION
free displays the total amount of free and used physical and swap memory in the system, as well as the buffers and caches used by the kernel. The information is gathered by parsing /proc/meminfo. The displayed columns are:
total Total installed memory (MemTotal and SwapTotal in /proc/meminfo)
used Used memory (calculated as total - free - buffers - cache)
free Unused memory (MemFree and SwapFree in /proc/meminfo)
shared Memory used (mostly) by tmpfs (Shmem in /proc/meminfo)
buffers
Memory used by kernel buffers (Buffers in /proc/meminfo)
cache Memory used by the page cache and slabs (Cached and SReclaimable in /proc/meminfo)
buff/cache
Sum of buffers and cache
available
Estimation of how much memory is available for starting new applications, without swapping. Unlike the data provided by the cache or free fields, this field takes into account page cache and also that not all
reclaimable memory slabs will be reclaimed due to items being in use (MemAvailable in /proc/meminfo, available on kernels 3.14, emulated on kernels 2.6.27+, otherwise the same as free)
可以看到 buff 和 cache 的数据来源都是来自 /proc/meminfo。
-
Buffers 是内核缓冲区用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Buffers 值；
-
Cache 是内核页缓存和 Slab 用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Cached 与 SReclaimable 之和。
~# cat /proc/meminfo | grep SR
SReclaimable: 67024 kB
root@linux:~# cat /proc/meminfo | grep Cac
Cached: 491004 kB
这些数值都来自 /proc/meminfo，但更具体的 Buffers、Cached 和 SReclaimable 的含义是什么呢？
proc 文件系统
我们都知道 procfs 是进程文件系统（file system）的缩写，它包含一个伪文件系统（启动时动态生成的文件系统），用于通过内核访问进程信息。这个文件系统通常被挂载到 /proc 目录。由于 /proc 不是一个真正的文件系统，它也就不占用存储空间，只是占用有限的内存。我们可以通过对/proc 文件系统的读写操作为与kernel实体间进行通信的一种手段。也就是说可以通过修改/proc中的文件，来对当前kernel的行为做出调整。
我们执行 man proc 定位到 meninfo：
Buffers %lu
Relatively temporary storage for raw disk blocks that shouldn't get tremendously large (20MB or so).
Cached %lu
In-memory cache for files read from the disk (the page cache). Doesn't include SwapCached.
SReclaimable %lu (since Linux 2.6.19)
Part of Slab, that might be reclaimed, such as caches.
SUnreclaim %lu (since Linux 2.6.19)
Part of Slab, that cannot be reclaimed on memory pressure.
通过man手册，我们可以看到：
-
Buffers 是对原始磁盘块的临时存储，也就是用来缓存磁盘的数据，通常不会特别大(20MB左右)。这样，内核就可以把分散的写集中起来，统一优化磁盘的写入，比如可以把多次小的写合并成单次大的写等等。
-
Cached 是从磁盘读取文件的页缓存，也就是用来缓存从文件读取的数据。这样，下次访问这些文件数据时，就可以直接从内存中快速获取，而不需要再次访问缓慢的磁盘。
-
SReclaimable 是 Slab 的一部分。Slab 包括两部分，其中的可回收部分用 SReclaimable 记录；而不可回收部分用 SUnreclaim 记录。
我们可以通过调整/proc/sys/vm/drop_caches来释放内存：
# free -h # 未释放之前
total used free shared buff/cache available
Mem: 982M 170M 63M 6.8M 748M 644M
Swap: 947M 0B 947M
# cat /proc/sys/vm/drop_caches # 默认值是 0
0
# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# cat /proc/sys/vm/drop_caches # 释放之后
3
# free -h # 查看释放之后的内存，可以看到可用内存变成了 738 M
total used free shared buff/cache available
Mem: 982M 167M 738M 6.6M 77M 704M
Swap: 947M 0B 947M
关于 /proc/sys/vm/drop_caches 的用法在下面进行了说明，我们可以通过 man proc 然后定位到 drop_caches 查看说明：
/proc/sys/vm/drop_caches (since Linux 2.6.16)
Writing to this file causes the kernel to drop clean caches, dentries, and inodes from memory, causing that memory to become free. This can be useful for memory management testing and performing reproducible filesys‐
tem benchmarks. Because writing to this file causes the benefits of caching to be lost, it can degrade overall system performance.
To free pagecache, use:
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
To free dentries and inodes, use:
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
To free pagecache, dentries and inodes, use:
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
Because writing to this file is a nondestructive operation and dirty objects are not freeable, the user should run sync(1) first.
同时，我们查看vmstat 的 buff 和 cache：
root@linux:~# vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 7790168 3492 