Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?

概述

在Windows下资源管理器查看内存使用的情况,如果使用率达到80%以上,再运行大程序就能感觉到系统不流畅了,因为在内存紧缺的情况下使用交换分区,频繁地从磁盘上换入换出页会极大地影响系统的性能。而当我们使用free命令查看Linux系统内存使用情况时,会发现内存使用一直处于较高的水平,即使此时系统并没有运行多少软件。这正是Windows和Linux在内存管理上的区别,乍一看,Linux系统吃掉我们的内存(Linux ate my ram),但其实这也正是其内存管理的特点。

Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?



01

free命令

下面为使用free命令查看我们实验室文件服务器内存得到的结果,-m选项表示使用MB为单位:

Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?


输出的第二行表示系统内存的使用情况:

Mem: total(总量)= 31405MB,
used(已使用)= 30254MB,
free(空闲)= 1150MB,
shared(共享内存)= 12514MB,
buffers = 1122MB,
cached = 25424MB

注:前面四项都比较好理解,buffer 和 cache的区别在于:

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.

即buffer用于存放要输出到磁盘的数据,而cache是从磁盘读出存放到内存中待今后使用的数据。它们的引入均是为了提供IO的性能。

输出的第三行表示在第二行的基础上-/+ buffers/cache得到的:

– buffers/cache used = Mem used – buffers – cached = 30524MB – 1122MB – 25424MB = 3708MB
+ buffers/cache free = Mem free + buffers + cached = 1150MB + 1122MB + 25424MB = 27696MB

输出的第三行表示交换分区使用的情况:

Swap:total(总量)= 15775MB
used(使用)= 596MB
free(空闲)= 4095MB

02

内存的分类

这里把内存分为三类,从用户和操作系统的角度对其使用情况有不同的称呼:

Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?


上表中something代表的正是free命令中”buffers/cached”的内存,由于这块内存从操作系统的角度确实被使用,但如果用户要使用,这块内存是可以很快被回收被用户程序使用,因此从用户角度这块内存应划为空闲状态。

再次回到free命令输出的结果,第三行输出的结果应该就能理解了,这行的数字表示从用户角度看系统内存的使用情况。因此,如果你用top或者free命令查看系统的内存还剩多少,其实你应该将空闲内存加上buffer/cached的内存,那才是实际系统空闲的内存。


03

buffers/cached好处

Linux内存管理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,目的就是为了提升磁盘IO的性能。从低速的块设备上读取数据会暂时保存在内存中,即使数据在当时已经不再需要了,但在应用程序下一次访问该数据时,它可以从内存中直接读取,从而绕开低速的块设备,从而提高系统的整体性能。

而Linux会充分利用这些空闲的内存,设计思想是内存空闲还不如拿来多缓存一些数据,等下次程序再次访问这些数据速度就快了,而如果程序要使用内存而系统中内存又不足时,这时不是使用交换分区,而是快速回收部分缓存,将它们留给用户程序使用。

因此,可以看出,buffers/cached真是百益而无一害,真正的坏处可能让用户产生一种错觉——Linux耗内存!其实不然,Linux并没有吃掉你的内存,只要还未使用到交换分区。


04

实验测试:先后读入一个大文件,比较两次读入的时间

1.首先生成一个1G的大文件

dd if=/dev/zero of=bigfile bs=1M count=1000
Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?


2.清空缓存

Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?


这里改为3后一定要改回0,要不下面测试结果就不准确了。

3.读入这个文件,测试消耗的时间

耗时24秒

Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?


4.再次读入该文件,测试消耗的时间

耗时17秒

Linux系统为什么要吃掉我的“内存”?


从上面看出,第一次读这个1G的文件大约耗时24s,而第二次再次读的时候,只耗时17s,有所下降。

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