?Linux 清除內(nèi)存中的cache

首先以Centos6.4的來說，Centos7有些區(qū)別

一、buffer/cache/swap的介紹

#cat /etc/redhat-release  #查看系統(tǒng)版本

CentOS release 6.4 (Final)  

#free -m  #查看緩沖區(qū)及內(nèi)存使用情況

                   total       used       free     shared    buffers     cached

Mem:          7814       7681        132          0         23       5727

-/+ buffers/cache:       1930       5884

Swap:         8191         32       8159

先看第二行Mem行：

Mem:          7814       7681        132          0         23       5727  #內(nèi)存總大小為7814MB，使用7681MB，空閑132MB，共享內(nèi)存0M，buffers：23MB，cached：5727MB

然后看地三行-/+ buffers/cache行：

-/+ buffers/cache:       1930       5884   #(-buffers/cache) used內(nèi)存數(shù)：1930MB(指的第一部分Mem行中的used – buffers – cached)，(+buffers/cache) free內(nèi)存數(shù):5884MB(指的第一部分Mem行中的free + buffers + cached)，也就是說-buffers/cache反映的是被程序?qū)崒?shí)在在吃掉的內(nèi)存,而+buffers/cache反映的是可以挪用的內(nèi)存總數(shù).

然后看第四列Swap行：

Swap:         8191         32       8159 #這也就是我們經(jīng)常說的虛擬內(nèi)存，8192為swap分區(qū)的總大小為8192MB，32為swap分區(qū)的使用為32MB,8159為swap空閑為8159MB。

swap分區(qū)的作用：

Linux內(nèi)核為了提高讀寫效率與速度，會將文件在內(nèi)存中進(jìn)行緩存，這部分內(nèi)存就是Cache Memory(緩存內(nèi)存)。即使你的程序運(yùn)行結(jié)束后，Cache Memory也不會自動釋放。這就會導(dǎo)致你在Linux系統(tǒng)中程序頻繁讀寫文件后，你會發(fā)現(xiàn)可用物理內(nèi)存變少。當(dāng)系統(tǒng)的物理內(nèi)存不夠用的時候，就需要將物理內(nèi)存中的一部分空間釋放出來，以供當(dāng)前運(yùn)行的程序使用。那些被釋放的空間可能來自一些很長時間沒有什么操作的程序，這些被釋放的空間被臨時保存到Swap空間中，等到那些程序要運(yùn)行時，再從Swap分區(qū)中恢復(fù)保存的數(shù)據(jù)到內(nèi)存中。這樣，系統(tǒng)總是在物理內(nèi)存不夠時，才進(jìn)行Swap交換。所以swap分區(qū)不被占用或者占用很少，說明現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)存夠用，運(yùn)行還算良好，不會影響系統(tǒng)運(yùn)行。

首先，當(dāng)物理內(nèi)存不足以支撐系統(tǒng)和應(yīng)用程序（進(jìn)程）的運(yùn)作時，這個Swap交換分區(qū)可以用作臨時存放使用率不高的內(nèi)存分頁，把騰出的內(nèi)存交給急需的應(yīng)用程序（進(jìn)程）使用。有點(diǎn)類似機(jī)房的UPS系統(tǒng)，雖然正常情況下不需要使用，但是異常情況下， Swap交換分區(qū)還是會發(fā)揮其關(guān)鍵作用。

其次，即使你的服務(wù)器擁有足夠多的物理內(nèi)存，也有一些程序會在它們初始化時殘留的極少再用到的內(nèi)存分頁內(nèi)容轉(zhuǎn)移到 swap 空間，以此讓出物理內(nèi)存空間。對于有發(fā)生內(nèi)存泄漏幾率的應(yīng)用程序（進(jìn)程），Swap交換分區(qū)更是重要，因?yàn)檎l也不想看到由于物理內(nèi)存不足導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

最后，現(xiàn)在很多個人用戶在使用Linux，有些甚至是PC的虛擬機(jī)上跑Linux系統(tǒng)，此時可能常用到休眠（Hibernate），這種情況下也是推薦劃分Swap交換分區(qū)的。

其實(shí)少量使用Swap交換空間是不會影響性能，只有當(dāng)RAM資源出現(xiàn)瓶頸或者內(nèi)存泄露，進(jìn)程異常時導(dǎo)致頻繁、大量使用交換分區(qū)才會導(dǎo)致嚴(yán)重性能問題。另外使用Swap交換分區(qū)頻繁，還會引起kswapd0進(jìn)程（虛擬內(nèi)存管理中, 負(fù)責(zé)換頁的）耗用大量CPU資源，導(dǎo)致CPU飆升。

空閑內(nèi)存/已用內(nèi)存換算(也可參考-/+ buffers/cache這行信息也是內(nèi)存正確使用率)：

空閑內(nèi)存=free（132）+buffers（23）+cached（5727）=5882

已用內(nèi)存=total(7814)-空閑內(nèi)存（5882）=1932

buffers和cache的區(qū)別：

為了提高磁盤存取效率, Linux做了一些精心的設(shè)計(jì), 除了對dentry進(jìn)行緩存(用于VFS,加速文件路徑名到inode的轉(zhuǎn)換),還采取了兩種主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache。前者針對磁盤塊的讀寫，后者針對文件inode的讀寫。這些Cache有效縮短了I/O系統(tǒng)調(diào)用(比如read,write,getdents)的時間。

磁盤的操作有邏輯級（文件系統(tǒng)）和物理級（磁盤塊），這兩種Cache就是分別緩存邏輯和物理級數(shù)據(jù)的。

Page cache實(shí)際上是針對文件系統(tǒng)的，是文件的緩存，在文件層面上的數(shù)據(jù)會緩存到page cache。文件的邏輯層需要映射到實(shí)際的物理磁盤，這種映射關(guān)系由文件系統(tǒng)來完成。當(dāng)page cache的數(shù)據(jù)需要刷新時，page cache中的數(shù)據(jù)交給buffer cache，因?yàn)锽uffer Cache就是緩存磁盤塊的。但是這種處理在2.6版本的內(nèi)核之后就變的很簡單了，沒有真正意義上的cache操作。

Buffer cache是針對磁盤塊的緩存，也就是在沒有文件系統(tǒng)的情況下，直接對磁盤進(jìn)行操作的數(shù)據(jù)會緩存到buffer cache中，例如，文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)都會緩存到buffer cache中。

Buffer：緩沖區(qū)，一個用于存儲速度不同步的設(shè)備或優(yōu)先級不同的設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的區(qū)域。通過緩沖區(qū)，可以使進(jìn)程之間的相互等待變少，從而使從速度慢的設(shè)備讀入數(shù)據(jù)時，速度快的設(shè)備的操作進(jìn)程不發(fā)生間斷。

緩沖（buffers）是根據(jù)磁盤的讀寫設(shè)計(jì)的，把分散的寫操作集中進(jìn)行，減少磁盤碎片和硬盤的反復(fù)尋道，從而提高系統(tǒng)性能。linux有一個守護(hù)進(jìn)程定 期清空緩沖內(nèi)容（即寫如磁盤），也可以通過sync命令手動清空緩沖。

簡單說來，page cache用來緩存文件數(shù)據(jù)，buffer cache用來緩存磁盤數(shù)據(jù)。在有文件系統(tǒng)的情況下，對文件操作，那么數(shù)據(jù)會緩存到page cache，如果直接采用dd等工具對磁盤進(jìn)行讀寫，那么數(shù)據(jù)會緩存到buffer cache。

所以我們看linux,只要不用swap的交換空間,就不用擔(dān)心自己的內(nèi)存太少.如果常常swap用很多,可能你就要考慮加物理內(nèi)存了.這也是linux看內(nèi)存是否夠用的標(biāo)準(zhǔn).

Cache： 高速緩存，是位于CPU與主內(nèi)存間的一種容量較小但速度很高的存儲器。由于CPU的速度遠(yuǎn)高于主內(nèi)存，CPU直接從內(nèi)存中存取數(shù)據(jù)要等待一定時間周 期，Cache中保存著CPU剛用過或循環(huán)使用的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)CPU再次使用該部分?jǐn)?shù)據(jù)時可從Cache中直接調(diào)用,這樣就減少了CPU的等待時間,提 高了系統(tǒng)的效率。Cache又分為一級Cache(L1 Cache)和二級Cache(L2 Cache)，L1 Cache集成在CPU內(nèi)部，L2 Cache早期一般是焊在主板上,現(xiàn)在也都集成在CPU內(nèi)部，常見的容量有256KB或512KB L2 Cache。

如果 cache 的值很大，說明cache住的文件數(shù)很多。如果頻繁訪問到的文件都能被cache住，那么磁盤的讀IO bi會非常小。

緩存（cached）是把讀取過的數(shù)據(jù)保存起來，重新讀取時若命中（找到需要的數(shù)據(jù)）就不要去讀硬盤了，若沒有命中就讀硬盤。其中的數(shù)據(jù)會根據(jù)讀取頻率進(jìn)行組織，把最頻繁讀取的內(nèi)容放在最容易找到的位置，把不再讀的內(nèi)容不斷往后排，直至從中刪除。

注：下面是Centos7.2系統(tǒng)free -m的顯示：

#free -m

              total        used        free      shared  buff/cache   available

Mem:          64252        2924         258        3233       61069       57654

Swap:          8191         144        8047

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二、內(nèi)存查看命令

2.1 用free加各種參數(shù)例如：

命令參數(shù)：

-b 　以Byte為單位顯示內(nèi)存使用情況。 

-k 　以KB為單位顯示內(nèi)存使用情況。 

-m 　以MB為單位顯示內(nèi)存使用情況。

-g   以GB為單位顯示內(nèi)存使用情況。 

-o 　不顯示緩沖區(qū)調(diào)節(jié)列。 

-s<間隔秒數(shù)> 　持續(xù)觀察內(nèi)存使用狀況。 

-t 　顯示內(nèi)存總和列。 

-V 　顯示版本信息。

# free -k -s 1 #顯示單位為KB，然后每一秒刷新一次。

但是這也只能顯示一個總量，如果內(nèi)存真的是被使用了，我們應(yīng)該如何查詢哪些進(jìn)程占用內(nèi)存過大呢？

2.2 top命令

執(zhí)行top，然后按shift+M，可以對進(jìn)行使用內(nèi)存情況從大到小排序

2.3 ps命令

# ps -aux|sort -k 4 -n  #為了查看方便，讓其從小到大排序

第一列：USER  用戶名

第二列：PID 進(jìn)程ID

第三列：%CPU 進(jìn)程的cpu占用率

第四列：%MEM 進(jìn)程的內(nèi)存占用率

第五列：VSZ 虛擬內(nèi)存中進(jìn)程的大小，單位KB

第六列：RSS 進(jìn)程實(shí)際內(nèi)存大小，單位KB

第七列：TTY 與進(jìn)程關(guān)聯(lián)的終端（tty）

第八列：STAT 進(jìn)程的狀態(tài)

下面為STAT的狀態(tài)碼：

R 運(yùn)行    Runnable (on run queue)            正在運(yùn)行或在運(yùn)行隊(duì)列中等待。

S 睡眠    Sleeping                休眠中, 受阻, 在等待某個條件的形成或接受到信號。

I 空閑    Idle

Z 僵死    Zombie（a defunct process)        進(jìn)程已終止, 但進(jìn)程描述符存在, 直到父進(jìn)程調(diào)用wait4()系統(tǒng)調(diào)用后釋放。

D 不可中斷    Uninterruptible sleep (ususally IO)    收到信號不喚醒和不可運(yùn)行, 進(jìn)程必須等待直到有中斷發(fā)生。

T 終止    Terminate                進(jìn)程收到SIGSTOP, SIGSTP, SIGTIN, SIGTOU信號后停止運(yùn)行運(yùn)行。

P 等待交換頁

W 無駐留頁    has no resident pages        沒有足夠的記憶體分頁可分配。

X 死掉的進(jìn)程

< 高優(yōu)先級進(jìn)程                    高優(yōu)先序的進(jìn)程

N 低優(yōu)先    級進(jìn)程                    低優(yōu)先序的進(jìn)程

L 內(nèi)存鎖頁    Lock                有記憶體分頁分配并縮在記憶體內(nèi)

s 進(jìn)程的領(lǐng)導(dǎo)者（在它之下有子進(jìn)程）；

l 多進(jìn)程的（使用 CLONE_THREAD, 類似 NPTL pthreads）

+ 位于后臺的進(jìn)程組

第九列：START  進(jìn)程啟動時間和日期

第十列：TIME  進(jìn)程使用的總cpu時間

第十一列： COMMAND 正在執(zhí)行的命令行命令

注：如果要進(jìn)一步排查內(nèi)存占用問題，可以用# pstree PID -ap #樹狀圖的顯示進(jìn)程間的關(guān)系，默認(rèn)PID為1，也就是全部

# ps -eo user,pid,command|grep mysql  #查出mysql的uid

# pstree 3584 -ap  #查看mysql下面都有哪些進(jìn)程

注：pgrep

pgrep命令以名稱為依據(jù)從運(yùn)行進(jìn)程隊(duì)列中查找進(jìn)程，并顯示查找到的進(jìn)程id。每一個進(jìn)程ID以一個十進(jìn)制數(shù)表示，通過一個分割字符串和下一個ID分開，默認(rèn)的分割字符串是一個新行。對于每個屬性選項(xiàng)，用戶可以在命令行上指定一個以逗號分割的可能值的集合

參數(shù)： -o：僅顯示找到的最?。ㄆ鹗迹┻M(jìn)程號； -n：僅顯示找到的最大（結(jié)束）進(jìn)程號； -l：顯示進(jìn)程名稱； -P：指定父進(jìn)程號； -g：指定進(jìn)程組； -t：指定開啟進(jìn)程的終端； -u：指定進(jìn)程的有效用戶ID。

# pgrep -l mysqld  

3584 mysqld_safe

3752 mysqld

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2.4  #cat /proc/meminfo  #又或者說，我發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)占用內(nèi)存不大，內(nèi)存都被緩存起來了，想看看內(nèi)存使用的詳細(xì)信息。

#cat /proc/meminfo

MemTotal:        8002048 kB   #所有可用RAM大?。次锢韮?nèi)存減去一些預(yù)留位和內(nèi)核的二進(jìn)制代碼大小）

MemFree:          141316 kB   #LowFree和HighFree的綜合，被系統(tǒng)留著未使用的內(nèi)存

Buffers:            3492 kB    #用來給文件做緩沖大小

Cached:          5850688 kB   #被高速緩沖存儲器（cache memory）用的內(nèi)存的大小

SwapCached:         1004 kB  #被高速緩沖存儲器（cache memory）用的交換空間的大小

Active:          3685356 kB  #在活躍使用中的緩沖或高速緩沖存儲器頁面文件的大小，除非非常必要否則不會被移作他用.

Inactive:        3634468 kB  # 在不經(jīng)常使用中的緩沖或高速緩沖存儲器頁面文件的大小，可能被用于其他途徑.

Active(anon):     760408 kB  

Inactive(anon):   706016 kB

Active(file):    2924948 kB

Inactive(file):  2928452 kB

Unevictable:           0 kB

Mlocked:               0 kB

SwapTotal:       8388600 kB   #交換空間的總大小

SwapFree:        8355464 kB   #未被使用交換空間的大小

Dirty:             60612 kB   #等待被寫回到磁盤的內(nèi)存大小

Writeback:            44 kB  #正在被寫回到磁盤的內(nèi)存大小

AnonPages:       1465384 kB  #未映射頁的內(nèi)存大小

Mapped:            10028 kB  #設(shè)備和文件等映射的大小

Shmem:               128 kB  

Slab:             393984 kB   #內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緩存的大小，可以減少申請和釋放內(nèi)存帶來的消耗。

SReclaimable:     314272 kB  #可收回Slab的大小

SUnreclaim:        79712 kB   #不可收回Slab的大?。⊿Unreclaim+SReclaimable＝Slab）

KernelStack:        6656 kB

PageTables:        13848 kB  #管理內(nèi)存分頁頁面的索引表的大小。

NFS_Unstable:          0 kB   #不穩(wěn)定頁表的大小

Bounce:                0 kB

WritebackTmp:          0 kB

CommitLimit:    12389624 kB

Committed_AS:    6404932 kB

VmallocTotal:   34359738367 kB   #可以vmalloc虛擬內(nèi)存大小

VmallocUsed:      291660 kB  #已經(jīng)被使用的虛擬內(nèi)存大小

VmallocChunk:   34359426484 kB  

HardwareCorrupted:     0 kB

AnonHugePages:    243712 kB

HugePages_Total:       0    #內(nèi)存大頁的總數(shù)

HugePages_Free:        0    #內(nèi)存大頁剩余數(shù)量

HugePages_Rsvd:        0

HugePages_Surp:        0

Hugepagesize:       2048 kB  #內(nèi)存大頁的大?。?4位操作系統(tǒng)中有2MB/1GB兩種，默認(rèn)是2MB。）

DirectMap4k:        4096 kB

DirectMap2M:     2084864 kB

DirectMap1G:     6291456 kB

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三、手工釋放內(nèi)存區(qū)緩存(這是只是記錄，但是不建議操作，本來cache就是為了提升系統(tǒng)性能，是linux區(qū)別于windows的優(yōu)勢所在，緩解磁盤的壓力，如果真有必要可手工釋放一下，也不要永久的的讓cache作用無法發(fā)揮)

# sync; echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches  #釋放 pagecache

# sync; echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches    #釋放  dentries 和 inodes：

# sync; echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches  #釋放 pagecache，dentries 和 inodes：

# sync; echo 0 > /proc/sys/vm/drop_caches  #默認(rèn)0為不釋放，讓系統(tǒng)自己調(diào)節(jié)

注：

操作前要使用sync，強(qiáng)制將內(nèi)存中內(nèi)容寫入硬盤，包含已修改的 i-node、已延遲的塊 I/O 和讀寫映射文件。這一步是確保第二步的安全性。防止數(shù)據(jù)或操作丟失。

linux內(nèi)核2.6和內(nèi)核3系列的區(qū)別：

內(nèi)核2.6的版本執(zhí)行上述的操作都沒問題的，但是到了內(nèi)核3系列，就不能執(zhí)行echo 0 >/proc/sys/vm/drop_caches的操作了，這是一個坑，重啟才能改回去

# echo 0 >/proc/sys/vm/drop_caches

-bash: echo: write error: Invalid argument

# sysctl -a|grep vm.drop_caches  #內(nèi)核中有這個參數(shù)

vm.drop_caches = 3

# sysctl -w vm.drop_caches=0  #也寫不進(jìn)去，這個在內(nèi)核2.6系列上面可以的，這也是手工釋放內(nèi)存緩存的另一種形式（sysctl -w vm.drop_caches=3）

error: "Invalid argument" setting key "vm.drop_caches"

# sysctl -w vm.drop_caches=1  #執(zhí)行其他的是沒問題的，但是就是執(zhí)行0的插入不可以，要重啟服務(wù)器。

vm.drop_caches = 1

注：

swap清理：

swapoff -a && swapon -a

注意：這樣清理有個前提條件，空閑的內(nèi)存必須比已經(jīng)使用的swap空間大。

上述只是暫時生效，但是系統(tǒng)重啟后，系統(tǒng)還是按照自己默認(rèn)的方法去使用緩存，有的網(wǎng)友會寫定時任務(wù)腳本晚上去釋放一下內(nèi)存cache，還有一種暴力的永久生效的方法，使cache的作用基本無法發(fā)揮。

修改/etc/sysctl.conf 添加如下選項(xiàng)后就不會內(nèi)存持續(xù)增加（這些配置摘抄自網(wǎng)上，未做測試，只是記錄一下）

vm.dirty_ratio = 1

vm.dirty_background_ratio=1

vm.dirty_writeback_centisecs=2

vm.dirty_expire_centisecs=3

vm.drop_caches=3

vm.swappiness =100

vm.vfs_cache_pressure=163

vm.overcommit_memory=2

vm.lowmem_reserve_ratio=32 32 8

kern.maxvnodes=3

#下面是相關(guān)解釋：

/proc/sys/vm/dirty_ratio

這個參數(shù)控制文件系統(tǒng)的文件系統(tǒng)寫緩沖區(qū)的大小，單位是百分比，表示系統(tǒng)內(nèi)存的百分比，表示當(dāng)寫緩沖使用到系統(tǒng)內(nèi)存多少的時候，開始向磁盤寫出數(shù)據(jù)。增大之會使用更多系統(tǒng)內(nèi)存用于磁盤寫緩沖，也可以極大提高系統(tǒng)的寫性能。但是，當(dāng)你需要持續(xù)、恒定的寫入場合時，應(yīng)該降低其數(shù)值，一般啟動上缺省是 10。設(shè)1加速程序速度

/proc/sys/vm/dirty_background_ratio

這個參數(shù)控制文件系統(tǒng)的pdflush進(jìn)程，在何時刷新磁盤。單位是百分比，表示系統(tǒng)內(nèi)存的百分比，意思是當(dāng)寫緩沖使用到系統(tǒng)內(nèi)存多少的時候，pdflush開始向磁盤寫出數(shù)據(jù)。增大之會使用更多系統(tǒng)內(nèi)存用于磁盤寫緩沖，也可以極大提高系統(tǒng)的寫性能。但是，當(dāng)你需要持續(xù)、恒定的寫入場合時，應(yīng)該降低其數(shù)值，一般啟動上缺省是 5

/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs

這個參數(shù)控制內(nèi)核的臟數(shù)據(jù)刷新進(jìn)程pdflush的運(yùn)行間隔。單位是 1/100 秒。缺省數(shù)值是500，也就是 5 秒。如果你的系統(tǒng)是持續(xù)地寫入動作，那么實(shí)際上還是降低這個數(shù)值比較好，這樣可以把尖峰的寫操作削平成多次寫操

/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs

這個參數(shù)聲明Linux內(nèi)核寫緩沖區(qū)里面的數(shù)據(jù)多“舊”了之后，pdflush進(jìn)程就開始考慮寫到磁盤中去。單位是 1/100秒。缺省是 30000，也就是 30秒的數(shù)據(jù)就算舊了，將會刷新磁盤。對于特別重載的寫操作來說，這個值適當(dāng)縮小也是好的，但也不能縮小太多，因?yàn)榭s小太多也會導(dǎo)致IO提高太快。建議設(shè)置為 1500，也就是15秒算舊。

/proc/sys/vm/drop_caches

釋放已經(jīng)使用的cache

/proc/sys/vm/page-cluster

該文件表示在寫一次到swap區(qū)的時候?qū)懭氲捻撁鏀?shù)量，0表示1頁，1表示2頁，2表示4頁。

/proc/sys/vm/swapiness

該文件表示系統(tǒng)進(jìn)行交換行為的程度，數(shù)值（0-100）越高，越可能發(fā)生磁盤交換。

/proc/sys/vm/vfs_cache_pressure

該文件表示內(nèi)核回收用于directory和inode cache內(nèi)存的傾向