MemoryFree和MemoryAvaliable

最近在做Prometheus的监控，结合Grafana做前端展示，其中涉及到内存的时候，有不少人对Memory Free和Memory Avaliable这两个参数比较疑惑，这里我结合linux下常用的查看内存使用情况的free命令，做下解答整理。

  Linux查看内存使用情况，可以查看/proc/meminfo和使用free命令。

root@prometheus-01:~# cat /proc/meminfo && free
MemTotal: 16433020 kB
MemFree: 14714596 kB
MemAvailable: 15812952 kB
Buffers: 197912 kB
Cached: 1020632 kB
SwapCached: 0 kB
Active: 1168468 kB
Inactive: 328608 kB
Active(anon): 278888 kB
Inactive(anon): 376 kB
Active(file): 889580 kB
Inactive(file): 328232 kB
Unevictable: 0 kB
Mlocked: 0 kB
SwapTotal: 8388604 kB
SwapFree: 8388604 kB
Dirty: 36 kB
Writeback: 0 kB
AnonPages: 278524 kB
Mapped: 63220 kB
Shmem: 740 kB
Slab: 124140 kB
SReclaimable: 98956 kB
SUnreclaim: 25184 kB
KernelStack: 3232 kB
PageTables: 3012 kB
NFS_Unstable: 0 kB
Bounce: 0 kB
WritebackTmp: 0 kB
CommitLimit: 16605112 kB
Committed_AS: 408132 kB
VmallocTotal: 34359738367 kB
VmallocUsed: 173540 kB
VmallocChunk: 34359557144 kB
HardwareCorrupted: 0 kB
AnonHugePages: 231424 kB
CmaTotal: 0 kB
CmaFree: 0 kB
HugePages_Total: 0
HugePages_Free: 0
HugePages_Rsvd: 0
HugePages_Surp: 0
Hugepagesize: 2048 kB
DirectMap4k: 106432 kB
DirectMap2M: 4087808 kB
DirectMap1G: 14680064 kB
total used free shared buffers cached
Mem: 16433020 1718720 14714300 740 197912 1020632
-/+ buffers/cache: 500176 15932844
Swap: 8388604 0 8388604
 

  从结果来看，/proc/meminfo里的MemTotal、MemFree、Buffers、Cached是能够分别和free输出结果的“Mem”行一一对应的。

名词解释

  这里先解释下几个关键词：

1、MemTotal：内存总数

  系统从加电开始到引导完成，BIOS等要保留一些内存，内核要保留一些内存，最后剩下可供系统支配的内存就是MemTotal。这个值在系统运行期间一般是固定不变的。

2、MemFree：空闲内存数

  表示系统尚未使用的内存。MemUsed=MemTotal-MemFree就是已被用掉的内存。

3、MemAvailable：可用内存数

  应用程序可用内存数。系统中有些内存虽然已被使用但是可以回收的，比如cache/buffer、slab都有一部分可以回收，所以MemFree不能代表全部可用的内存，这部分可回收的内存加上MemFree才是系统可用的内存，即：MemAvailable≈MemFree+Buffers+Cached，它是内核使用特定的算法计算出来的，是一个估计值。它与MemFree的关键区别点在于，MemFree是说的系统层面，MemAvailable是说的应用程序层面。

4、Buffer：缓冲区内存数

5、Cache：缓存区内存数

6、Shared：多个进程共享的内存空间,不常用，暂不讨论。

  Buffer与Cache的区别:

这里说下buffer与cache的区别,首先，从字面意义上讲,buffer是缓冲的意思，cache是缓存的意思。举个现实中的例子，比说铁道头上像弹簧一样的东西，就叫缓冲；部署在森林里的存应急物资的保管箱，名叫“Food Cache”,类似一种保存箱。  其次，常见的说法，叫write-buffer和read-cache，buffer一般用作写操作上，cache一般用在读操作上，不过也不是一成不变的；  举例说明，每秒要写100次硬盘，对系统冲击很大，浪费了大量时间在忙着处理开始写和结束写这两件事嘛。用buffer暂存起来，变成每10秒写一次硬盘，对系统的冲击就很小，写入效率高了；Cache 是为了弥补高速设备和低速设备的鸿沟而引入的中间层，最终起到加快取速度的作用。比如你一个很复杂的计算做完了，下次还要用结果，就把结果放手边一个好拿的地方存着，下次不用再算了，加快了数据取用的速度。（可以参考知乎上的回答：https://www.zhihu.com/question/26190832）

计算公式：

参照free的输出结果，这里有几个计算公式：

root@prometheus-02:~# free
total used free shared buffers cached
Mem: 16433020 1827360 14605660 740 203540 1051400
-/+ buffers/cache: 572420 15860600
Swap: 8388604 0 8388604
 

为了直观说明，把第2行，Mem的行我这里称作OS Mem,第三行 buffers/cache行，称作APP buffer/cache：

OS Mem total = OS Mem used + OS Mem free

APP buffers/cache used = OS Mem used - OS Mem buffers - OS Mem cached

APP buffers/cache free = OS Mem free + OS Mem buffers + OS Mem cached

APP buffers/cache total = APP buffers/cache used + APP buffers/cache free = OS Mem total