在CentOS7上手动释放内存cache和脚本定时释放

前言

总有很多朋友对于Linux的内存管理有疑问，当在Linux下频繁存取文件后，物理内存会很快被用光，当程序结束后，内存不会被正常释放，而是一直作为caching。这个问题，貌似有不少人在问，不过都没有看到有什么很好解决的办法。

场景介绍

一、通常情况
　　先来说说free命令。

[root@snails]# free -m
              total        used        free      shared  buffers   cached
Mem:           249          163        86           0         10        94
-/+ buffers/cache:            58           191
Swap:            511           0           511

提示：
total 内存总数
used 已经使用的内存数
free 空闲的内存数
shared 多个进程共享的内存总额
buffers Buffer Cache和cached Page Cache 磁盘缓存的大小
-buffers/cache (已用)的内存数:used - buffers - cached
+buffers/cache(可用)的内存数:free + buffers + cached
可用的memory=free memory+buffers+cached

有了这个基础后，可以得知，我现在used为163MB，free为86MB，buffer和cached分别为10MB，94MB。那么我们来看看，如果我执行复制文件，内存会发生什么变化。

[root@snails]# cp-r /etc ~/test/
[root@snails]# free -m
              total        used        free        shared        buffers        cached
Mem:           249           244           4           0           8           174
-/+ buffers/cache:           62           187
Swap:           511           0           511

在我命令执行结束后，used为244MB，free为4MB，buffers为8MB，cached为174MB，天呐，都被cached吃掉了。别紧张，这是为了提高文件读取效率的做法。
　　为了提高磁盘存取效率，Linux做了一些精心的设计，除了对dentry进行缓存（用于VFS，加速文件路径名到inode的转换），还采取了两种主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache。前者针对磁盘块的读写，后者针对文件inode的读写。这些Cache有效缩短了 I/O系统调用（比如read，write，getdents）的时间。
　　那么有人说过段时间，linux会自动释放掉所用的内存。等待一段时间后，我们使用free再来试试，看看是否有释放？

[root@snails]# free -m
              total        used        free        shared        buffers        cached
Mem:            249           244           5           0           8           174
-/+ buffers/cache:           61           188
Swap:           511           0           511

似乎没有任何变化。（实际情况下，内存的管理还与Swap有关）那么我能否手动释放掉这些内存呢？回答是可以的。

手动释放缓存

/proc是一个虚拟文件系统，我们可以通过对它的读写操作做为与kernel实体间进行通信的一种手段。也就是说可以通过修改/proc中的文件，来对当前kernel的行为做出调整。那么我们可以通过调整/proc/sys/vm/drop_caches来释放内存。操作如下：
首先，/proc/sys/vm/drop_caches的值，默认为0。

[root@snails]# cat /proc/sys/vm/drop_caches
0

手动执行sync命令（描述：sync 命令运行 sync 子例程。如果必须停止系统，则运行sync 命令以确保文件系统的完整性。sync 命令将所有未写的系统缓冲区写到磁盘中，包含已修改的 i-node、已延迟的块 I/O 和读写映射文件）

[root@snails]# sync

将/proc/sys/vm/drop_caches值设为3

[root@snails]# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
[root@snails]# cat /proc/sys/vm/drop_caches
3

再来运行free命令，会发现现在的used为66MB，free为182MB，buffers为0MB，cached为11MB。那么有效的释放了buffer和cache。

[root@snails]# free -m
              total        used        free        shared        buffers        cached
Mem:            249           66           182           0           0           11
-/+ buffers/cache:           55           194
Swap:           511           0           511

深入分析

有关/proc/sys/vm/drop_caches的用法在下面进行了说明。

/proc/sys/vm/drop_caches (since Linux 2.6.16)
Writing to this file causes the kernel to drop clean caches,dentries and inodes from memory, causing that memory to become free.
To free pagecache, use echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches;
to free dentries and inodes, use echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches;
to free pagecache, dentries and inodes, use echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches.
Because this is a non-destructive operation and dirty objects are not freeable, the user should run sync first.

上述说明就长期以来很多用户对Linux内存管理方面的疑问，给出了一个比较“直观”的回复，我更觉得有点像是核心开发小组的妥协。对于是否需要使用这个值，或向用户提及这个值，我是有保留意见的：
从man可以看到，这值从2.6.16以后的核心版本才提供，也就是老版的操作系统，如红旗DC 5.0、RHEL 4.x之前的版本都没有；
　　若对于系统内存是否够用的观察，我还是原意去看swap的使用率和si/so两个值的大小；
　　用户常见的疑问是，为什么free这么小，是否关闭应用后内存没有释放？但实际上，我们都知道这是因为Linux对内存的管理与Windows不同，free小并不是说内存不够用了，应该看的是free的第二行最后一个值：-/+ buffers/cache: 58 191，这才是系统可用的内存大小。
　　实际项目中告诉我们，如果因为是应用有像内存泄露、溢出的问题，从swap的使用情况是可以比较快速可以判断的，但free上面反而比较难查看。相反，如果在这个时候，我们告诉用户，修改系统的一个值，“可以”释放内存，free就大了。用户会怎么想？不会觉得操作系统“有问题”吗？所以说，我觉得既然核心是可以快速清空buffer或cache，也不难做到（这从上面的操作中可以明显看到），但核心并没有这样做（默认值是0），我们就不应该随便去改变它。一般情况下，应用在系统上稳定运行了，free值也会保持在一个稳定值的，虽然看上去可能比较小。
　　当发生内存不足、应用获取不到可用内存、OOM错误等问题时，还是更应该去分析应用方面的原因，如用户量太大导致内存不足、发生应用内存溢出等情况，否则，清空buffer，强制腾出free的大小，可能只是把问题给暂时屏蔽了。
　　我觉得，排除内存不足的情况外，除非是在软件开发阶段，需要临时清掉buffer，以判断应用的内存使用情况；或应用已经不再提供支持，即使应用对内存的时候确实有问题，而且无法避免的情况下，才考虑定时清空buffer。（可惜，这样的应用通常都是运行在老的操作系统版本上，上面的操作也解决不了）。而生产环境下的服务器可以不考虑手工释放内存，这样会带来更多的问题。记住内存是拿来用的，不是拿来看的。不像windows。
　　无论你的真实物理内存有多少，他都要拿硬盘交换文件来读。这也就是windows为什么常常提示虚拟空间不足的原因，你们想想多无聊，在内存还有大部分的时候，拿出一部分硬盘空间来充当内存。硬盘怎么会快过内存，所以我们看linux，只要不用swap的交换空间，就不用担心自己的内存太少。如果常常swap用很多,可能你就要考虑加物理内存了，这也是linux看内存是否够用的标准哦。

定时释放

[root@snails]# mkdir -p /root/satools
[root@snails]# vim /root/satools/freemem.sh
#!/bin/bash

used=`free -m | awk 'NR==2' | awk '{print $3}'`
free=`free -m | awk 'NR==2' | awk '{print $4}'`

echo "===========================" >> /var/log/mem.log
date >> /var/log/mem.log
echo "Memory usage | [Use：${used}MB][Free：${free}MB]" >> /var/log/mem.log

if [ $free -le 100 ] ; then
                sync && echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
                sync && echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
                sync && echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
                echo "OK" >> /var/log/mem.log
else
                echo "Not required" >> /var/log/mem.log
fi

将脚本添加到crond任务，定时执行。

[root@snails]# echo "*/30 * * * * root /root/satools/freemem.sh" >> /etc/crondtab