linux上的free指令

　解釋一下Linux上free指令的輸出。

　　下面是free的運作結果，一共有4行。為了友善說明，我加上了列号。這樣可以把free的輸出看成一個二維數組FO(Free Output)。例如：

• FO[2][1] = 24677460
• FO[3][2] = 10321516  

                   1          2          3          4          5          6

1              total       used       free     shared    buffers     cached

2 Mem:      24677460   23276064    1401396          0     870540   12084008

3 -/+ buffers/cache:   10321516   14355944

4 Swap:     25151484     224188   24927296

　　free的輸出一共有四行，第四行為交換區的資訊，分别是交換的總量（total），使用量（used）和有多少空閑的交換區（free），這個比較清楚，不說太多。

　　free輸出地第二行和第三行是比較讓人迷惑的。這兩行都是說明記憶體使用情況的。第一列是總量（total），第二列是使用量（used），第三列是可用量（free）。

　　第一行的輸出時從作業系統（OS）來看的。也就是說，從OS的角度來看，計算機上一共有:

• 24677460KB（預設時free的機關為KB）實體記憶體，即FO[2][1]；
• 在這些實體記憶體中有23276064KB（即FO[2][2]）被使用了；
• 還用1401396KB（即FO[2][3]）是可用的；

這裡得到第一個等式：

• FO[2][1] = FO[2][2] + FO[2][3]

FO[2][4]表示被幾個程序共享的記憶體的，現在已經deprecated，其值總是0（當然在一些系統上也可能不是0，主要取決于free指令是怎麼實作的）。

FO[2][5]表示被OS buffer住的記憶體。FO[2][6]表示被OS cache的記憶體。在有些時候buffer和cache這兩個詞經常混用。不過在一些比較低層的軟體裡是要區分這兩個詞的，看老外的洋文:

• 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.

也就是說buffer是用于存放要輸出到disk（塊裝置）的資料的，而cache是存放從disk上讀出的資料。這二者是為了提高IO性能的，并由OS管理。

Linux和其他成熟的作業系統（例如windows），為了提高IO read的性能，總是要多cache一些資料，這也就是為什麼FO[2][6]（cached memory）比較大，而FO[2][3]比較小的原因。我們可以做一個簡單的測試:

1. 釋放掉被系統cache占用的資料； echo  3 >/ proc / sys / vm / drop_caches
2. 讀一個大檔案，并記錄時間；
3. 關閉該檔案；
4. 重讀這個大檔案，并記錄時間；

第二次讀應該比第一次快很多。原來我做過一個BerkeleyDB的讀操作，大概要讀5G的檔案，幾千萬條記錄。在我的環境上，第二次讀比第一次大概可以快9倍左右。

　　free輸出的第二行是從一個應用程式的角度看系統記憶體的使用情況。

• 對于FO[3][2]，即-buffers/cache，表示一個應用程式認為系統被用掉多少記憶體；
• 對于FO[3][3]，即+buffers/cache，表示一個應用程式認為系統還有多少記憶體；

因為被系統cache和buffer占用的記憶體可以被快速回收，是以通常FO[3][3]比FO[2][3]會大很多。

這裡還用兩個等式：

• FO[3][2] = FO[2][2] - FO[2][5] - FO[2][6]
• FO[3][3] = FO[2][3] + FO[2][5] + FO[2][6]

這二者都不難了解。

　　free指令由procps.*.rpm提供（在Redhat系列的OS上）。free指令的所有輸出值都是從/proc/meminfo中讀出的。

在系統上可能有meminfo(2)這個函數，它就是為了解析/proc/meminfo的。procps這個包自己實作了meminfo()這個函數。可以下載下傳一個procps的tar包看看具體實作，現在最新版式3.2.8。