LinuxSEE

我们一开始，先从free命令说起。free 命令相对于top提供了更简洁的查看系统内存使用情况：

# free
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       4129428    2830048    1299380          0     208524    1838492
-/+ buffers/Cache:     783032    3346396
SWAP:      4192956          0    4192956

解释下各个参数的意思：

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。
系统的总物理内存：4129428（4096MB），但系统当前真正可用的内存并不是第一行free 标记的 2830048，它仅代表未被分配的内存。

单位为MB的查看方法：
# free -m
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:          4032       2764       1268          0        203       1795
-/+ buffers/cache:        765       3267
Swap:         4094          0       4094

我们使用totalA、usedA、freeA、usedB、freeB等名称来代表上面统计数据的各值，A和B分别代表第一行和第二行的数据。
[totalA] 4032：表示物理内存总量。
[usedA] 2764：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。
[freeA] 1268：未被分配的内存。
[sharedA] 0 ：共享内存，一般系统不会用到，这里也不讨论。
[buffersA] 203：系统分配但未被使用的buffers 数量。
[cachedA] 1795：系统分配但未被使用的cache 数量。buffer 与cache 的区别见后面。

[usedB] 771：实际使用的buffers 与cache 总量，也是实际使用的内存总量。
[freeB] 3261：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。

可以整理出如下等式：
totalA = usedA + free1
totalA = used2 + free2
usedA = buffersA + cachedA + usedB
freeB = buffersA + cachedA + freeA

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.
对于共享内存（Shared memory），主要用于在Unix 环境下不同进程之间共享数据，是进程间通信的一种方法，一般的应用程序不会申请使用共享内存，笔者也没有去验证共享内存对上面等式的影响。

cache 和 buffer的区别：
Cache：高速缓存，是位于CPU与主内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。由于CPU的速度远高于主内存，CPU直接从内存中存取数据要等待一定时间周期，Cache中保存着CPU刚用过或循环使用的一部分数据，当CPU再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用，这样就减少了CPU的等待时间，提高了系统的效率。Cache又分为一级Cache（L1 Cache）和二级Cache（L2 Cache），L1 Cache集成在CPU内部，L2 Cache早期一般是焊在主板上，现在也都集成在CPU内部，常见的容量有256KB或512KB L2 Cache。

Buffer：缓冲区，一个用于存储速度不同步的设备或优先级不同的设备之间传输数据的区域。通过缓冲区，可以使进程之间的相互等待变少，从而使从速度慢的设备读入数据时，速度快的设备的操作进程不发生间断。

Free中的buffer和cache：（它们都是占用内存）：
buffer : 作为buffer cache的内存，是块设备的读写缓冲区
cache: 作为page cache的内存， 文件系统的cache
如果 cache 的值很大，说明cache住的文件数很多。如果频繁访问到的文件都能被cache住，那么磁盘的读IO必会非常小。

在Linux中经常发现空闲内存很少，似乎所有的内存都被系统占用了，表面感觉是内存不够用了，其实不然。这是Linux内存管理的一个优秀特性，在这方面，区别于 Windows的内存管理。主要特点是，无论物理内存有多大，Linux 都将其充份利用，将一些程序调用过的硬盘数据读入内存，利用内存读写的高速特性来提高Linux系统的数据访问性能。而Windows 是只在需要内存时，才为应用程序分配内存，并不能充分利用大容量的内存空间。换句话说，每增加一些物理内存，Linux 都将能充分利用起来，发挥了硬件投资带来的好处，而Windows只将其做为摆设，即使增加8GB甚至更大。

Linux 的这一特性，主要是利用空闲的物理内存，划分出一部份空间，做为 cache 和 buffers ，以此提高数据访问性能。

1、什么是 cache ?

页高速缓存(cache)是 Linux内核实现的一种主要磁盘缓存。它主要用来减少对磁盘的I/O操作。具体地讲，是通过把磁盘中的数据缓存到物理内存中，把对磁盘的访问变为对物理内存的访问。

磁盘高速缓存的价值在于两个方面：第一，访问磁盘的速度要远远低于访问内存的速度，因此，从内存访问数据比从磁盘访问速度更快。第二，数据一旦被访问，就很有可能在短期内再次被访问到。

页高速缓存是由内存中的物理页组成的，缓存中每一页都对应着磁盘中的多个块。每当内核开始执行一个页I/O操作时(通常是对普通文件中页大小的块进行磁盘操作)，首先会检查需要的数据是否在高速缓存中，如果在，那么内核就直接使用高速缓存中的数据，从而避免访问磁盘。

举个例子，当使用文本编辑器打开一个源程序文件时，该文件的数据就被调入内存。编辑该文件的过程中，越来越多的数据会相继被调入内存页。最后，当你编译它的时候，内核可以直接使用页高速缓存中的页，而不需要重新从磁盘读取该文件了。因为用户往往会反复读取或操作同一个文件，所以页高速缓存能减少大量的磁盘操作。

2、cache 如何更新?

由于页高速缓存的缓存作用，写操作实际上会被延迟。当页高速缓存中的数据比后台存储的数据更新时，那么该数据就被称做脏数据。在内存中累积起来的脏页最终必须被写回磁盘。在以下两种情况发生时，脏页被写回磁盘：

◆当空闲内存低于一个特定的阈值时，内核必须将脏页写回磁盘，以便释放内存。

◆当脏页在内存中驻留时间超过一个特定的阈值时，内核必须将超时的脏页写回磁盘，以确保脏页不会无限期地驻留在内存中。

在2.6内核中，由一群内核线程—pdflush后台回写例程统一执行两种工作。

首先，pdflush线程在系统中的空闲内存低于一个特定的阈值时，将脏页刷新回磁盘。该后台回写例程的目的在于在可用物理内存过低时，释放脏页以重新获得内存。特定的内存阈值可以通过dirty_background_ratio sysctl系统调用设置。当空闲内存比阈值：dirty_background_ratio还低时，内核便会调用函数wakeup_bdflush()唤醒一个pdflush线程，随后pdflush线程进一步调用函数background_writeout()开始将脏页写回磁盘。函数background_ writeout()需要一个长整型参数，该参数指定试图写回的页面数目。函数background_writeout()会连续地写出数据，直到满足以下两个条件：

◆已经有指定的最小数目的页被写出到磁盘。

◆空闲内存数已经回升，超过了阈值dirty_background_ratio。

上述条件确保了pdflush操作可以减轻系统中内存不足的压力。回写操作不会在达到这两个条件前停止，除非pdflush写回了所有的脏页，没有剩下的脏页可再被写回了。

为了满足第二个目标，pdflush后台例程会被周期性唤醒(和空闲内存是否过低无关)，将那些在内存中驻留时间过长的脏页写出，确保内存中不会有长期存在的脏页。如果系统发生崩溃，由于内存处于混乱之中，所以那些在内存中还没来得及写回磁盘的脏页就会丢失，所以周期性同步页高速缓存和磁盘非常重要。在系统启动时，内核初始化一个定时器，让它周期地唤醒pdflush线程，随后使其运行函数wb_kupdate()。

Linux的内存管理，实际上跟windows的内存管理有很相像的地方，都是用虚拟内存这个的概念，说到这里不得不骂MS，为什么在很多时候还有很大的物理内存的时候，却还是用到了pagefile. 所以才经常要跟一帮人吵着说Pagefile的大小，以及如何分配这个问题，在Linux大家就不用再吵什么swap大小的问题，我个人认为，swap设个512M已经足够了，如果你问说512M的SWAP不够用怎么办？只能说大哥你还是加内存吧，要不就检查你的应用，是不是真的出现了memory leak.
夜也深了，就不再说废话了。

在Linux下查看内存我们一般用command free
[root@nonamelinux ~]# free
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:    386024     377116    8908      0      21280     155468
-/+ buffers/cache:     200368    185656
Swap:    393552        0      393552
下面是对这些数值的解释：
第二行(mem)：
total:总计物理内存的大小。
used:已使用多大。
free:可用有多少。
Shared:多个进程共享的内存总额。
Buffers/cached:磁盘缓存的大小。
第三行(-/+ buffers/cached):
used:已使用多大。
free:可用有多少。
第四行就不多解释了。
区别：
第二行(mem)的used/free与第三行(-/+ buffers/cache) used/free的区别。
这两个的区别在于使用的角度来看，第一行是从OS的角度来看，因为对于OS，buffers/cached 都是属于被使用，所以他的可用内存是8908KB,已用内存是377116KB,其中包括，内核（OS）使用+Application(X,oracle,etc)使用的+buffers+cached.
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.
如上例：
185656=8908+21280+155468
接下来解释什么时候内存会被交换，以及按什么方交换。
当可用内存少于额定值的时候，就会开会进行交换.
如何看额定值（RHEL4.0）：
#cat /proc/meminfo
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，
2.将系统V类型的内存页面交换出去，
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）。
事实上，少量地使用swap是不是影响到系统性能的。

下面是buffers与cached的区别。
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.
cached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。
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
#man X
#free
#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
#free
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。

转自：http://bbs.chinaunix.net/thread-615686-1-1.html