性能优化系列目录：
性能优化理论篇 | 彻底弄懂系统平均负载
性能优化理论篇 | swap area是个什么东西

从free命令开始

free 命令是一个在类 Unix 操作系统中用于显示内存使用情况的工具。它的输出包含了系统内存的不同方面，如总内存、已用内存、空闲内存等。理解这些数据之间的关系可以帮助你更好地监控和优化系统性能。

输出中各个字段的解释如下：

• total: 系统中物理内存的总量。
• used: 当前正在被进程和操作系统使用的内存量。这包括了正在使用的内存以及已分配但当前未使用的内存。
• free: 未被分配的内存。这是可以分配给新进程或操作系统使用的内存。
• shared: 不同进程间共享的内存量。这通常包括共享库或进程间通信所用的内存。
• buff：块设备的读写缓冲区，更靠近存储设备，或者直接就是disk的缓冲区
• cached：page cache的内存, 文件系统的cache，是memory的缓冲区。
• available: 估算的可用内存量，包含缓冲和缓存的空间。因为如果需要这2部分内存可以被释放供新应用程序或进程使用。

这些数据之间的关系如下：

• 物理内存的总量（total） = 已用内存（used） + 空闲内存（free） + 缓存/缓冲区内存（buff/cache）
• 系统实际的可用内存（available） = 空闲内存（free） + 缓存/缓冲区内存（buff/cache
• 交换空间的总量（Swap: total） = 已用交换空间（used） + 空闲交换空间（free）

注意：物理内存的总量不需要加上shared的空间，shared 字段表示被多个进程共享的内存量。已经包含在 used 和 buff/cache 中，因此不需要单独加上 shared 的值来计算总的物理内存。

从上面的输出可以看出，你会发现系统有大约 8 GB 的 RAM，其中 1.1 GB 已经被使用了，46 MB 用于共享内存，2.7 GB 用于存储缓冲区和缓存，可以空间是6.3GB。

free 命令显示的数据来自“ /proc/meminfo”文件，这是 Linux 中的一种特殊文件，提供有关系统内存的使用情况和统计信息。

在这些内存的概念中，有2个概念非常容易弄混——Buffers和Cache，很多人总是将它们当成一个东西来看待，这是一种误区。

下面我们通过两个实验来说明。

Buffers 实验

首先，打开终端清除缓存以获得更准确的测试结果。可以使用以下命令：

$ free -mh
$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
$ free -mh

命令“ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches”用于清除Linux内核页面缓存中的缓存数据。其中的“ 3”表示同时清除页面缓存和slab缓存。

然后，在另一个终端运行“ vmstat 2”命令，每隔2s显示与虚拟内存相关的统计数据。

上图中，大家只需要关注“ buff”这个表示缓冲区的列，以及“ cache”这个表示缓存的列，单位都是KB。

接着，再启动一个窗口使用dd 命令

$ dd if=/dev/sda3 of=/dev/null bs=100M count=500

再切换到运行“ vmstat 2”命令的窗口，观察“ buff”列和“ cache”列的变化，您会注意到，在使用 dd 命令读取磁盘时，缓冲区buffer和缓存cache的大小都会增加，但缓冲区buffer的增长速度明显更快。

Cache 实验

同样，实验前，使用以下命令清除文件系统缓存：

$ free -mh
$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
$ free -mh

开个新终端窗口执行vmstat便于观察“ buff”和“ cache”的变化

再开个窗口运行以下命令：

$ dd if=/dev/zero of=testfile bs=100M count=500

现在，立即切换回之前运行“ vmstat 2”命令的终端窗口，观察“ buff”列和“ cache”列的变化，“ cache”列的值一直在增加，而“ buff”列的值基本不变。

这两个实验的输出结果证明了：当从磁盘读取时，数据会存储在缓冲区Buffer中，而读取文件则会导致数据存储在缓存Cache中。

简单来说，你可以理解缓冲区Buffer是用来缓存正在读取或写入到磁盘的数据。而缓存Cache是用来缓存正在读取或写入到文件的数据。