在Linux系统上查看内存使用状况最常用的命令是”free”，其中buffers和cache通常被认为是可以回收的：
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$ free total used free shared buffers cached Mem: 32764716 1067548 31697168 158332 12 593096 -/+ buffers/cache: 474440 32290276 Swap: 2103292 0 2103292 |
当内存紧张的时候，有一个常用的手段就是使用下面的命令来手工回收cache：
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$ echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches |
注：drop_caches接受以下三种值：
- To free pagecache:
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches - To free reclaimable slab objects (includes dentries and inodes):
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches - To free slab objects and pagecache:
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
当我们考虑有多少cache可供回收的时候，首先要知道的是：不同版本的”free”命令计算cache值的算法不同，据不完全统计举例如下：
- 版本：procps-3.2.8-36
cache值等于/proc/meminfo中的”Cached”； - 版本：procps-3.3.9-10.1
cache值等于/proc/meminfo的 [Cached + SReclaimable]； - 版本：procps-ng-3.3.10-3
cache值等于/proc/meminfo的 [Cached + Slab]。
注：
/proc/meminfo中的”Cached”表示page cache所占用的内存大小；
“Slab”表示内核Slab所占用的内存大小，slab有的可回收有的不可回收，其中可回收的通过”SReclaimable”表示，不可回收的通过”SUnreclaim”表示。
所以，对上述第2、3版本的”free”命令，”echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches”对其中的SReclaimable或Slab部分是不起作用的。
即便仅考虑page cache (对应于 /proc/meminfo 的”Cached”)，也并不是所有的页面都可以回收的：
首先，drop_caches只回收clean pages，不回收dirty pages，参见https://www.kernel.org/doc/Documentation/sysctl/vm.txt
所以如果想回收更多的cache，应该在drop_caches之前先执行”sync”命令，把dirty pages变成clean pages。
其次，即使提前执行了sync命令，drop_cache操作也不可能把cache值降到0，甚至有时候cache值几乎没有下降，这是为什么呢？因为page cache中包含的tmpfs和共享内存是不能通过drop_caches回收的。
Page cache用于缓存文件里的数据，不仅包括普通的磁盘文件，还包括了tmpfs文件，tmpfs文件系统是将一部分内存空间模拟成文件系统，由于背后并没有对应着磁盘，无法进行paging(换页)，只能进行swapping(交换)，在执行drop_cache操作的时候tmpfs对应的page cache并不会回收。
我们通过实验来观察tmpfs文件对free命令的影响：
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挂载一个3G大小的tmpfs： $ mount -t tmpfs -o size=3G none /mytmpfs/ 此时free命令看到的内存使用状况： $ free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 2343336 63599400 9492 8952 92848 -/+ buffers/cache: 2241536 63701200 Swap: 33038332 0 33038332 在tmpfs上新建一个2G大小的文件，free命令看到"cached"增加了2GB，注意"shared"也增加了2GB： $ dd if=/dev/zero of=/mytmpfs/testfile bs=1G count=2 2+0 records in 2+0 records out 2147483648 bytes (2.1 GB) copied, 2.42736 s, 885 MB/s $ free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 4423404 61519332 2106644 9088 2190064 -/+ buffers/cache: 2224252 63718484 Swap: 33038332 0 33038332 执行drop_caches，再观察free命令的"cached"值，发现刚才增加的2GB并未被回收： $ sync $ sudo sh -c 'echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches' $ free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 4430388 61512348 2106644 5284 2183096 -/+ buffers/cache: 2242008 63700728 Swap: 33038332 0 33038332 最后删除tmpfs上的文件，free命令看到"Cached"和"Shared"同时减少2GB： $ rm /mytmpfs/testfile $ free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 2324096 63618640 9784 6228 87412 -/+ buffers/cache: 2230456 63712280 Swap: 33038332 0 33038332 |
结论：
tmpfs占用的page cache是不能通过drop_caches操作回收的，tmpfs占用的page cache同时也算进了”shared”中，也就是说，被视为共享内存。
Linux kernel利用tmpfs实现共享内存（shared memory），参见：
https://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/tmpfs.txt
所以共享内存也和tmpfs一样，属于page cache，但又不能被drop_caches回收。这里所说的共享内存包括：
- SysV shared memory
是通过shmget申请的共享内存，用”ipcs -m”或”cat /proc/sysvipc/shm”查看； - POSIX shared memory
是通过shm_open申请的共享内存，用”ls /dev/shm”查看； - tmpfs文件系统和devtmpfs文件系统
所有tmpfs文件系统占用的空间都计入共享内存，devtmpfs是/dev文件系统的类型，/dev/下所有的文件占用的空间也属于共享内存。可以用ls和du命令查看。如果文件没有关闭的情况下被删除，空间仍然不会释放，可以用 “lsof -a +L1 /<mount_point>” 命令查看。 - shared anonymous mmap
通过mmap(…MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED…)申请的内存，可以用”pmap -x”或者”cat /proc/<PID>/maps”查看；
注：mmap调用参数如果不是MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED，则不属于tmpfs，比如MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE根本不属于page cache而是属于AnonPages，MAP_SHARED属于普通文件，对应的page cache可以回写硬盘并回收。
我们通过一个实验来观察共享内存对free命令的影响。以下程序通过shared anonymous mmap方式申请256MB大小的内存：
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#include <sys/mman.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #define MAP_SIZE 268435456 int main() { char *addr; ssize_t s; addr = mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED, -1, 0); if (addr == MAP_FAILED) { fprintf(stderr, "mmap failed\n"); exit(EXIT_FAILURE); } memset(addr, 9, MAP_SIZE); printf("mmap done, memset done, check free output. Press any key to exit...\n"); getchar(); exit(EXIT_SUCCESS); } |
实验过程如下：
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先回收cache，设置初始状态： $ sync; sudo sh -c 'echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches'; free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 2401684 63541052 9576 3648 54820 -/+ buffers/cache: 2343216 63599520 Swap: 33038332 0 33038332 然后执行我们的测试程序，申请256MB共享内存： $ ./mmap_test mmap done, memset done, check free output. Press any key to exit... 在另一个窗口里观察，看到cache值增加了256MB，注意"shared"也同时增加了256MB： $ free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 2652796 63289940 271720 6380 321760 -/+ buffers/cache: 2324656 63618080 Swap: 33038332 0 33038332 执行drop_caches，发现刚才新增的256MBcache值并未被回收： $ sync; sudo sh -c 'echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches'; free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 2666452 63276284 271720 3628 316532 -/+ buffers/cache: 2346292 63596444 Swap: 33038332 0 33038332 退出mmap_test程序，再看cache值就减少了256MB，注意"shared"也同时减少256MB： $ free total used free shared buffers cached Mem: 65942736 2400268 63542468 9576 4796 59148 -/+ buffers/cache: 2336324 63606412 Swap: 33038332 0 33038332 |
结论：cache值包含了共享内存的大小，然而drop_caches是不能回收它的。
注：上例是shared anonymous mmap，如果是SysV shared memory或POSIX shared memory，结果是一样的。
总结：为什么drop_caches操作不能回收所有的page cache？因为
- dirty pages不能回收；
- 共享内存和tmpfs不能回收(注意观察free命令显示的shared值)；
- 不同版本的free命令有不同的计算cache值的方法，有的包含了slab或SReclaimable，”echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches”是不能回收slab的，”echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches”也只是回收slab中的SReclaimable部分。
