转一篇Linux可用内存的统计方法

背景

由于Linux缓存机制的设计，系统对缓存的使用是非常狠的，所以经常会看到某些环境内存只剩几十兆了，而应用只用了不到一半。所以在计算可用内存的时候，一定要算上缓存的部分。

通常方法，就是通过free命令首行free+cached+buffers计算，或者直接使用第二行的free字段。但这个方法有时仍然会造成比较大的误差，导致性能监控等方面的问题。

SUSE11 SP1基于2.6.32内核，内核暴露了更多的统计接口给用户空间，把slab分为可回收和不可回收两类指标来统计。free命令也对应做了修改。解决了free命令少计算可用内存的问题。但多计算的问题还是存在。

因此，在这里对统计可用内存的方法做了个总结。供需要的同学参考。（后面有空可能会开发一个统计工具）

其中SUSE10由于内核版本过低（2.6.16）暴露信息不足，下面的方法仍然不能很精确，但相比通过free命令简单统计而言，一般不会造成比较大的误差。

可用内存定义

包括未被使用的空闲内存，以及已经被使用但用作缓存可以自动回收的部分。

SUSE 10可用内存统计方法

总内存：free命令首行total字段。

空闲内存：free命令首行free字段。

缓存：free命令首行buffers字段+cached字段。

修正值1：cached字段包含了共享内存和tmpfs内存文件系统占用的内存。需要减去这两部分。这两部分内存可通过ipcs -m -u和df 命令获取。 

修正值2：cached字段漏掉了内核slab中可以自动回收的内存，比如xxx_inode_cache和dentry_cache。这两部分的内存的计算方法是解析/proc/slabinfo。

最终的可用内存计算方法：

空闲内存+缓存-修正值1+修正值2

SUSE 11可用内存统计方法

修正值1：cached字段包含了共享内存和tmpfs内存文件系统占用的内存。需要减去这两部分。这两部分内存之和可通过/proc/meminfo的Shmem字段直接获取。

空闲内存+缓存-修正值1

附1：ipcs获取共享内存占用物理内存大小

# ipcs -m -u

------ Shared Memory Status --------

segments allocated 4

pages allocated 786433

pages resident 2 #使用这个字段，单位是页，X86下一个页是4kB

pages swapped 0

Swap performance: 0 attempts 0 successes

附2：df获取tmpfs占用物理内存大小

# df

Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on

/dev/sda2 20972152 4427900 16544252 22% /

devtmpfs 24711780 160 24711620 1% /dev #Used字段表示实际占用物理内存

tmpfs 24711780 0 24711780 0% /dev/shm #Used字段表示实际占用物理内存

/dev/sda5 1052184 59188 992996 6% /boot

/dev/sda9 83888824 16852500 67036324 21% /iso

/dev/sda7 10490040 1142876 9347164 11% /opt

/dev/sda10 83888824 9421200 74467624 12% /src

/dev/sda8 20972152 3475104 17497048 17% /usr

/dev/sda6 5245016 328392 4916624 7% /var

///////////////////增加统计工具////////2011.6.29///////////////////////////////////////////////////

统计工具(在SUSE10、SUSE11验证通过)

1. 修正可用内存多计算的情况（SUSE10 SUSE11）

如下环境，在进行了大量共享内存创建使用后，free命令统计可用内存，出现了很大的误差。

#echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches #清理可回收的内存

# free

total used free shared buffers cached

Mem: 49423560 13609680 35813880 0 26764 11686608 #仍有11G不可以回收，因为是共享内存，不具备回收属性。

-/+ buffers/cache: 1896308 47527252 # free计算可用内存，算入了共享内存，得到47G

Swap: 2104472 0 2104472

segments allocated 20

pages allocated 4980737

pages resident 2883591 #共享内存有2883591 * 4 = 11534364 kB ~= 11G 

# afree

Total: 49423560 kB #物理内存总计

Free: 35816908 kB #未被使用的内存

Reclaimable: 179348 kB #被使用了但是可以自动回收的内存

Available: 35996256 kB #afree统计出来的可用内存去除了11G的共享内存。

2. 修正可用内存少计算的情况（SUSE10） 

如下环境，在进行了大量文件访问操作后，系统中缓存了大概600M的inode和dentry。

Mem: 3987316 1080908 2906408 0 163056 163848 

-/+ buffers/cache: 754004 3233312 #没有统计slab中的可以回收的inode和dentry。

Total: 3987316 kB

Free: 2906384 kB

Reclaimable: 958888 kB

Available: 3865272 kB #afree统计了slab中的可以回收的inode和dentry。

# echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches #释放600M的inode和dentry缓存。

Mem: 3987316 93628 3893688 0 17780 8948

-/+ buffers/cache: 66900 3920416 #执行drop_caches后，增加了600M，说明cached少统计了可回收的slab缓存。这600M即使不执行drop_caches也都是可用的，系统在需要的时候会自动回收。

注：afree通过解析slabinfo文件统计可回收的slab，其实suse10的内核有一个全局变量slab_reclaim_pages维护了准确的可回收数量，但没有暴露给给用户空间，因此更准确的方法其实就是写一个模块，把这个变量导出到来。

afree代码如下：

#!/bin/sh

#

#Get accurate available memory. 

function get_meminfo()

{

   grep -w $1 /proc/meminfo | awk -F' ' '{print $2}'

}

function show_meminfo()

   printf "%s\t%10d kB\n" "$1" "$2"

PAGE_SIZE=4 #kB, for x86 

function get_shmem_from_ipcs()

   local _shm=0

   _shm=$(ipcs -m -u | grep 'pages resident' | awk -F' ' '{print $3}')

   echo $((_shm * PAGE_SIZE))

function get_tmpfs_from_df()

   local _size=""

   _size=$(df -k | awk -F' ' 'BEGIN{total=0} {if ($1 == "tmpfs" || $1 == "devtmpfs" || $1 == "shm")total+=$3}END{print total}')

   echo $_size 

#inode, dentry and buffer_head is reclaimable 

function get_slab_reclaimable_from_slabinfo()

   _size=$(awk -F' ' 'BEGIN{total=0} {if ($1~/inode/ || $1~"dentry" || $1 == "buffer_head")total+=($3 * $4)}END{printf "%d\n", total / 1024}' /proc/slabinfo)

   [ -z "$_size" ] && _size=0

free=$(get_meminfo MemFree)

total=$(get_meminfo MemTotal) 

cached=$(get_meminfo Cached)

buffer=$(get_meminfo Buffers)

swapcached=$(get_meminfo SwapCached)

shmem=$(get_meminfo Shmem)

slab_reclaimable=$(get_meminfo SReclaimable)

nfs_unstable=$(get_meminfo NFS_Unstable)

#the kernel does not support, no 'Shmem' field in /proc/meminfo, we use ipc and df.

if [ -z "$shmem" ] ; then

   shmem=$(( $(get_shmem_from_ipcs) + $(get_tmpfs_from_df) ))

fi

#the kernel does not support, no 'SReclaimable' field in /proc/meminfo, we use /proc/slabinfo.

if [ -z "$slab_reclaimable" ]; then

   slab_reclaimable=$(get_slab_reclaimable_from_slabinfo)

#the kernel does not support, no 'NFS_Unstable' field in /proc/meminfo, we use null. :)

if [ -z "$nfs_unstable" ]; then 

   nfs_unstable=0

reclaimable=$((cached + buffer + slab_reclaimable + swapcached + nfs_unstable - shmem))

available=$((free + reclaimable))

show_meminfo "Total: "        

说说free命令

关键在于两个字段，buffers和cached。

你经常会发现Linux系统用了一段时间后，内存所剩无几，free命令，一看，内存全跑到 buffers和cached里面了；这个现象是正常的。访问过的磁盘文件的元数据及内容，内核都会缓存起来。这些缓存就是磁盘缓存。

Linux磁盘缓存设计特点（设计理念）：

除了系统运行必须的一小部分保留外，只要有剩余内存，只要需要，就会用给磁盘缓存。（没有一个参数可以让你限定缓存的上限。2.6内核之前有一个限定参数，后来给取消了）

所以会经常看到内存所剩无几的现象，这是缓存机制导致的，对应用是透明，在有内存需要时，这些内存会释放。这个过程对应用是透明的，应用可以认为系统的可用内存包括buffers和cached。

这种设计，在大多数服务器应用场景下都有比较好的性能表现。可以说是比较可取的。

设计本身没有问题，但free命令显示的buffers和cached并不能和磁盘缓存完全对应，这是实现细节上的不足和问题。

1. buffers和cached包含了不属于磁盘缓存的内容。

由于buffers和cached实际上就是内核为所有文件映射分配的物理页的总和（page cache）。

但内核中的“文件概念”是广泛的，不仅包含了真正位于磁盘上的文件，还包含了为特殊需要创建的虚拟文件，比如：

进程间的共享内存（通过shmget API创建的内存），内核建立一个虚拟的文件和共享内存关联起来。（通过pmap命令你可以看到进程拥有的共享内存地址空间的映射字段是/SYSVXXXX字样，不是匿名的）。

非常的不幸，这些虚拟文件映射关联的page，也被算入了free命令显示的cached字段。但这部分内存没有缓存属性，在内存不足时不能按缓存的方式来回收。(使用echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches，无法释放掉这部分内存）

这个问题，会带来一些麻烦。比如，按照常规理解，某产品设计内存占用过高告警的条件是，空闲内存+buffers+cached小于内存总和的20% 。一般情况下没有问题，但如果产品使用了大量的共享内存，告警将失去作用。

2. buffers和cached遗漏了部分属于磁盘缓存的内容。

还 是由于buffers和cached只是内核为所有文件映射分配的物理页的总和。在文件系统方面，还有一部分缓存是不和文件映射相关联的，比如内核分配的 inode对象，在文件关闭时，并不会立即释放，具备缓存的属性。这部分不在基于文件映射的页面里，而是通过slab（内核内存池）分配的。

本文转自feisky博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/feisky/archive/2012/04/14/2447503.html，如需转载请自行联系原作者