Linux内存那些事儿：一文搞懂free命令里的6个神秘数字

昨天又有小伙伴问我，为什么Linux服务器明明还有很多内存，但是应用却报内存不足？看了一眼他发的free命令截图，我就知道问题出在哪了。说实话，刚开始接触Linux的时候，我也被这几个数字搞得一头雾水。

今天就来聊聊free命令输出的这6个数字到底是什么意思，相信看完之后你就不会再被Linux的内存管理搞糊涂了。

先来看看这个让人困惑的输出

当我们在Linux系统上执行free -h命令时，通常会看到这样的输出：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           7.8G        2.1G        1.2G        156M        4.5G        5.2G
Swap:          2.0G          0B        2.0G

第一次看到这个输出的时候，我的内心是崩溃的。什么叫used了2.1G，但是available却有5.2G？这数学是体育老师教的吗？

其实这里面涉及到Linux内存管理的一些核心概念，理解了这些概念，你就能明白为什么会出现这种看似矛盾的情况。

total：系统总内存，这个最好理解

total就是系统的总物理内存大小，这个没什么好说的。你买了8G内存条，这里显示的就是8G（当然会扣掉一些被内核占用的部分）。

不过有个小细节，有时候你会发现total显示的内存比你实际购买的要小一些。比如你买了8G内存，但是total只显示7.8G。这是正常的，因为有一部分内存被BIOS、内核等系统组件占用了。

我记得刚接触电脑那会儿，买了16G内存，结果发现系统只识别到15.6G，还以为是内存条有问题，其实这是正常现象。

used：已使用内存，但不是你想的那样

这个used是最容易让人误解的。很多人以为used就是应用程序实际使用的内存，其实不是这样的。

used包括了：

• • 应用程序实际使用的内存
• • 内核使用的内存
• • 缓冲区和缓存使用的内存

所以你看到used很高，不代表你的应用程序真的用了那么多内存。很可能是Linux把大量内存用作了文件缓存。

我之前遇到过一个案例，服务器显示used了6G内存，开发同学吓坏了，以为是内存泄漏。结果一查发现大部分都是文件缓存，应用程序实际只用了1G多。

如何具体查看内存都被谁用了

说到这里，肯定有人要问了：既然used包含了这么多东西，那我怎么知道到底是应用程序用的多，还是缓存用的多呢？

这个问题问得好，我来教你几个实用的方法。

用/proc/meminfo看详细分解

最直接的方法就是查看/proc/meminfo文件，它会把内存使用情况拆分得很详细：

cat /proc/meminfo | grep -E "(MemTotal|MemFree|MemAvailable|Buffers|Cached|SReclaimable)"

输出大概是这样的：

MemTotal:        8048484 kB
MemFree:          524288 kB  
MemAvailable:    5242880 kB
Buffers:          204800 kB
Cached:          4096000 kB
SReclaimable:     512000 kB

这里面：

• • Buffers就是缓冲区使用的内存
• • Cached就是页面缓存使用的内存
• • SReclaimable是可回收的内核数据结构

把这几个加起来，基本就是free命令里buff/cache那一列的值。

我经常用这个命令来快速判断内存都去哪了。如果Cached特别大，说明系统缓存了很多文件；如果Buffers很大，可能是有大量的磁盘IO操作。

用ps命令查看进程内存使用

想知道应用程序到底用了多少内存，最直接的就是看各个进程的内存占用：

# 按内存使用量排序显示进程
ps aux --sort=-%mem | head -10

# 或者用这个更直观的格式
ps -eo pid,ppid,cmd,%mem,%cpu --sort=-%mem | head -10

这样你就能看到哪些进程是内存大户了。

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我还喜欢用这个命令来统计某个应用的总内存使用：

# 比如统计所有java进程的内存使用
ps aux | grep java | awk '{sum+=\$6} END {print "Total memory: " sum/1024 " MB"}'

free：真正空闲的内存

free显示的是完全没有被使用的内存。注意，这里不包括被用作缓冲区和缓存的内存，因为这些内存在需要的时候是可以立即释放给应用程序使用的。

所以你经常会看到free的值很小，这是正常的。Linux的设计哲学就是"空闲的内存是浪费的内存"，系统会尽可能地把空闲内存用作文件缓存，提高系统性能。

有些刚接触Linux的同学看到free只有几百MB就紧张得不行，其实完全没必要。只要available够用就行。

shared：共享内存

shared显示的是被多个进程共享的内存大小。这部分内存主要包括：

• • 共享内存段（System V shared memory）
• • tmpfs文件系统使用的内存
• • 一些其他的共享内存区域

说实话，在日常运维中，我很少特别关注这个数值。除非你的应用大量使用了共享内存，否则这个值通常不会很大。

我见过一些使用Redis的系统，如果Redis配置了大量的共享内存，这个值会比较高。但大多数情况下，这个数字都不是重点关注对象。

buff/cache：缓冲区和缓存

这个是Linux内存管理的精髓所在。buff/cache包括：

• • 缓冲区（buffers）：用于缓存磁盘块设备的数据
• • 页面缓存（page cache）：用于缓存文件内容

Linux会把空闲内存用作文件缓存，这样当程序再次读取相同文件时，就可以直接从内存中获取，而不需要再次访问磁盘。这大大提高了系统的IO性能。

关键是，这部分内存在应用程序需要时可以立即释放。所以虽然它们被标记为"已使用"，但实际上是可用的。

我记得有一次优化一个文件服务器的性能，发现系统把大量内存用作了文件缓存。刚开始还担心内存不够用，后来发现这正是Linux智能内存管理的体现，文件访问速度提升了好几倍。

buff/cache的调整和优化

虽然Linux的内存管理已经很智能了，但在某些场景下我们还是需要适当调整。

手动清理缓存（谨慎使用）

# 清理页面缓存
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches

# 清理所有缓存
sync && echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

注意：生产环境别随便清理，会影响性能。

调整缓存策略

控制swap使用倾向：

# 查看当前值
cat /proc/sys/vm/swappiness

# 调整为10（让系统优先回收缓存而不是使用swap）
echo "vm.swappiness = 10" >> /etc/sysctl.conf

控制缓存回收压力：

# 调整目录和inode缓存回收
echo "vm.vfs_cache_pressure = 50" >> /etc/sysctl.conf

不同场景的优化建议

数据库服务器：

vm.swappiness = 1
vm.vfs_cache_pressure = 150

文件服务器：

vm.swappiness = 10  
vm.vfs_cache_pressure = 50

记住调整完要用sysctl -p生效，然后观察系统表现。大多数情况下默认设置就够用了，别没事瞎调。

available：真正可用的内存

这个是最重要的指标！available显示的是应用程序可以使用的内存总量，包括：

• • free的内存
• • 可以立即释放的buff/cache内存
• • 一些其他可回收的内存

简单来说，available = free + 可回收的buff/cache

这个数值才是你真正需要关注的。当available很低的时候，才说明系统内存真的不够用了。

我现在判断系统内存是否充足，主要就看这个available值。只要它保持在一个合理的水平，就不用担心内存问题。

Swap的添加和关闭

查看当前swap状态

# 查看swap使用情况
free -h
swapon --show

添加swap文件

# 创建2G的swap文件
dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1M count=2048

# 设置权限
chmod 600 /swapfile

# 格式化为swap
mkswap /swapfile

# 启用swap
swapon /swapfile

# 永久生效，添加到fstab
echo '/swapfile none swap sw 0 0' >> /etc/fstab

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关闭和删除swap

# 关闭swap
swapoff /swapfile

# 从fstab中删除对应行
sed -i '/swapfile/d' /etc/fstab

# 删除swap文件
rm /swapfile

调整swap分区大小

如果是swap分区而不是文件，需要用fdisk重新分区，比较麻烦。所以我一般推荐用swap文件，灵活性更好。

记住，SSD硬盘上频繁swap会影响寿命，能加内存就别用太多swap。

一个实际的例子来说明

让我用一个真实的例子来解释这些概念。假设我们有一台8G内存的服务器：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           7.8G        3.2G        0.5G        200M        4.1G        4.3G

看起来used了3.2G，free只有0.5G，是不是内存很紧张？

其实不是的。让我们分析一下：

• • 应用程序实际使用的内存可能只有1.5G左右
• • 剩下的1.7G是buff/cache，用于文件缓存
• • available显示4.3G，说明系统还有充足的可用内存

如果这时候启动一个需要2G内存的应用，系统会自动释放一部分文件缓存，为新应用腾出空间。

内存不足时会发生什么

当available真的很低时，Linux会启动一些内存回收机制：

1. 1. 首先释放不必要的缓存
2. 2. 如果还不够，会使用swap空间
3. 3. 最极端的情况下，OOM Killer会杀掉一些进程

我遇到过几次OOM的情况，通常是因为某个应用出现了内存泄漏，把available耗尽了。这时候系统日志里会有相关记录，可以通过dmesg命令查看。

如何监控内存使用情况

除了free命令，还有一些其他工具可以帮助我们监控内存：

cat /proc/meminfo可以看到更详细的内存信息：

cat /proc/meminfo | head -20

top或htop命令可以看到各个进程的内存使用情况。

对于生产环境，我建议设置监控告警。当available内存低于某个阈值时（比如总内存的10%），就发送告警通知。

一些常见的误区

很多人看到used很高就以为内存不够用了，这是最大的误区。记住，只有available才是真正需要关注的指标。

还有人喜欢手动清理缓存：

echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

其实这通常是没必要的，甚至可能降低系统性能。Linux的内存管理机制已经很智能了，不需要我们手动干预。

我见过有些运维同学定期清理缓存，以为这样可以释放内存。其实这样做反而会降低系统性能，因为清理掉的缓存很快又会被重新建立。

还有一个误区是认为swap使用就代表内存不够。其实少量的swap使用是正常的，Linux会把一些不活跃的内存页面换出到swap，为活跃的数据腾出更多内存空间。只有当swap使用率很高，或者系统频繁进行swap操作时，才需要担心。

不同版本的差异

顺便说一下，不同版本的Linux在free命令输出上可能有些差异。

在比较老的系统上，你可能看不到available这一列，那时候我们通常用这个公式来估算可用内存：

可用内存 ≈ free + buffers + cached

但这个估算并不准确，因为不是所有的buffers和cached都可以被释放。所以现在的系统直接提供了available这个更准确的数值。

容器环境下的特殊情况

现在很多应用都跑在Docker容器里，容器的内存统计会有一些特殊性。

在容器内执行free命令看到的是宿主机的内存信息，而不是容器被分配的内存。要查看容器的内存限制和使用情况，需要用其他方法：

# 查看容器内存限制
cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes

# 查看容器内存使用
cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.usage_in_bytes

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我之前就遇到过一个坑，容器内的应用报内存不足，但是free命令显示宿主机内存充足。后来才发现是容器的内存限制设置得太小了。

性能调优的一些思考

理解了这些内存概念之后，我们在做性能调优时就有了更清晰的思路。

如果发现系统IO性能不好，但是buff/cache很小，说明文件缓存没有充分利用。这时候可以考虑增加内存，让系统有更多空间用作文件缓存。

如果available经常很低，但是应用程序实际使用的内存并不多，可能是某些进程存在内存泄漏。这时候需要用工具分析具体是哪个进程在消耗内存。

我曾经优化过一个Web服务，发现它的响应时间很慢。分析后发现是因为内存不足，系统频繁进行磁盘IO。增加了内存之后，大量文件被缓存在内存中，响应时间提升了好几倍。

一些实用的命令组合

在日常工作中，我经常用这些命令组合来快速了解系统内存状态：

# 查看内存使用情况，按人类可读格式显示
free -h

# 每秒更新一次内存信息
watch -n 1 free -h

# 查看详细的内存信息
cat /proc/meminfo | grep -E "(MemTotal|MemFree|MemAvailable|Buffers|Cached)"

# 查看各进程内存使用排序
ps aux --sort=-%mem | head -10

有时候我还会写个简单的脚本来持续监控内存变化：

#!/bin/bash
while true; do
    echo "$(date): $(free -h | grep Mem)"
    sleep 60
done

这样可以观察内存使用的变化趋势，对于排查间歇性的内存问题很有帮助。

写在最后

理解Linux的内存管理机制对于运维和开发都很重要。记住这几个要点：

1. 1. total是总内存，这个最直观
2. 2. used包括了应用程序和缓存使用的内存
3. 3. free是完全空闲的内存，通常很小
4. 4. buff/cache是可以释放的缓存内存
5. 5. available是真正可用的内存，这个最重要
6. 6. shared是共享内存，通常不用太关注

下次再看到free命令的输出，你就不会被那些数字搞糊涂了。Linux的内存管理确实很智能，我们要做的就是理解它的工作原理，而不是跟它对着干。

说实话，刚开始学Linux的时候，我也经常被这些概念搞得头大。但是随着经验的积累，慢慢就理解了Linux设计者的良苦用心。现在回过头看，这套内存管理机制真的很优雅，既保证了系统性能，又最大化了内存利用率。

最后想说的是，内存管理是个很深的话题，这篇文章只是入门级的介绍。如果你想深入了解，建议去看看《深入理解Linux内核》这本书，里面有更详细的技术细节（后台私信可以免费领取电子版哈！）

当然了，对于大多数运维工作来说，理解这些基本概念就够用了。关键是要在实践中多观察、多思考，多重复的练习。重复多了就是积累，积累多了就是经验，经验多了就是应变！