【转载】【内存】为什么手工drop_caches之后cache值并未减少？

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：

$ 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：

$ 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：

1. 版本：procps-3.2.8-36
   cache值等于/proc/meminfo中的Cached；
2. 版本：procps-3.3.9-10.1
   cache值等于/proc/meminfo的 [Cached + SReclaimable]；
3. 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：

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；
• 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：

#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：

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。

总结：为什么drop_caches操作不能回收所有的page cache？

• 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。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxOTk3OTgxOQ==&mid=2247483661&idx=1&sn=b53d42adb2b80c756c5ad51b637ea252 如有侵权，请联系作者删除！