Linux内存详解

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--Linux内存详解

-----------------2014/05/24

Linux的内存上表现的不像windows那么直观，本文准备详细的介绍一下Linux的内存。

请看这下有linux命令free和vmstat输出的内存信息。

Mem行used表示已经分配的内存，free表示尚未分配的内存，shared表示共享内存。

计算方法：缓存统计行free=Mem(free)+Mem(buffers)+Mem(cached)

共享内存

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。

例如Linux平台的oracle为多进程程序，SGA和PGA都是各进程共享和通信的数据区域，所有可以看到分配了很大的共享内存。而MySQL为多线程，系统级表现为一个进程，不需要共享内存。

Linux的cache和buffer有何区别

Linux下对文件的访问和设备的访问通常会被cache起来加快访问速度，这个是系统的默认行为。而cache需要耗费我们的内存，虽然这个内存最后可以通过echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches这样的命令来主动释放。但是有时候我们还是需要理解谁消耗了我们的内存。

我们来先了解下内存的使用情况:

[root@my031045 ~]# free
total used free shared buffers cached
Mem: 24676836 626568 24050268 0 30884 508312
-/+ buffers/cache: 87372 24589464
Swap: 8385760

Page cache和buffer cache一直以来是两个比较容易混淆的概念，在网上也有很多人在争辩和猜想这两个cache到底有什么区别，讨论到最后也一直没有一个统一和正
确的结论，在我工作的这一段时间，page cache和buffer cache的概念曾经困扰过我，但是仔细分析一下，这两个概念实际上非常的清晰。如果能够了解到这两个cache的本质，那么我们在分析io问题的时候可能会更加得心应手。 Page cache实际上是针对文件系统的，是文件的缓存，在文件层面上的数据会缓存到page cache。文件的逻辑层需要映射到实际的物理磁盘，这种映射关系由文件系统来完成。当page cache的数据需要刷新时，page cache中的数据交给buffer cache，但是这种处理在2.6版本的内核之后就变的很简单了，没有真正意义上的cache操作。

Buffer cache是针对磁盘块的缓存，也就是在没有文件系统的情况下，直接对磁盘进行操作的数据会缓存到buffer cache中，例如，文件系统的元数据都会缓存到buffer cache中。

简单说来，page cache用来缓存文件数据，buffer cache用来缓存磁盘数据。在有文件系统的情况下，对文件操作，那么数据会缓存到page cache，如果直接采用
dd等工具对磁盘进行读写，那么数据会缓存到buffer cache补充一点，在文件系统层每个设备都会分配一个def_blk_ops的文件操作方法，这是设备的操作方法，在每个设备的inode下面会存在一个radix tree，这个radix tree下面将会放置缓存数据的page页。这个page的数量将会在top程序的buffer一栏中显示。如果设备做了文件系统，那么会生成一个inode，这个inode会分配ext3_ops之类的操作方法，这些方法是文件系统的方法，在这个inode下面同样存在一个radix tree，这里会缓存文件的page页，缓存页的数量在top程序的cache一栏进行统计。从上面的分析可以看出，2.6内核中的buffer cache和page cache在处理上是保持一致的，但是存在概念上的差别，page cache针对文件的cache，buffer是针对磁盘块数据的cache，仅此而已。

有了伟大的systemtap, 我们可以用stap脚本来了解谁在消耗我们的cache了：

#这个命令行用来调查谁在加数据入page_cache

[root@my031045 ~]# stap -e 'probe vfs.add_to_page_cache {printf("dev=%d, devname=%s, ino=%d, index=%d, nrpages=%d/n", dev, devname, ino, index, nrpages )}'
...
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=2975, nrpages=1777
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=3399, nrpages=2594
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=3034, nrpages=1778
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=3618, nrpages=2595
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=1694, nrpages=106
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=1703, nrpages=107
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=1810, nrpages=210
dev=2, devname=N/A, ino=0, index=1812, nrpages=211
...

这时候我们拷贝个大文件：

[chuba@my031045 ~]$ cp huge_foo.file bar#这时候我们可以看到文件的内容被猛的添加到cache去：
...
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39393, nrpages=39393
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39394, nrpages=39394
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39395, nrpages=39395
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39396, nrpages=39396
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39397, nrpages=39397
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39398, nrpages=39398
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39399, nrpages=39399
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39400, nrpages=39400
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39401, nrpages=39401
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39402, nrpages=39402
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39403, nrpages=39403
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39404, nrpages=39404
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39405, nrpages=39405
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39406, nrpages=39406
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39407, nrpages=39407
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39408, nrpages=39408
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39409, nrpages=39409
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39410, nrpages=39410
dev=8388614, devname=sda6, ino=2399271, index=39411, nrpages=39411
...