/proc/sys/vm/drop_caches 清理缓存

1. 概述

Linux内核为了提高文件访问速度和效率，在内存中保留了一个页面缓存（Page Cache）。当你访问一个文件时，Linux首先会检查页面缓存是否有该文件的副本。如果有，则直接从内存中读取；如果没有，则从硬盘读取并将其添加到页面缓存区以备后用。

然而，在某些情况下，可能希望释放这些占用大量物理内存以避免OOM（Out of Memory）的产生。此时就需要使用 drop_caches 命令了。它是通过向 /proc/sys/vm/drop_caches（实现文件 fs/drop_caches.c，默认是0） 写入特定值来清除不同类型的页式和slab式对象：

# echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches; //清除页式对象；
# echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches; //清除slab对象（dentries 和 inodes）；
# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches; //同时清理页式对象和slab对象。

虽然 drop_caches 能够清理缓存，但是它并不会影响到系统的正常运行。因为当系统再次需要这些数据时，它会自动从硬盘中读取。但是，在清理缓存后可能会暂时降低系统性能（因为硬盘读取速度慢于内存），出现大量卡I/O的状态，所以在使用drop_caches之前一定要考虑清楚。

另外，在执行 drop_cache 操作后，请务必记得检查是否有足够的磁盘空间来容纳新生成的数据和文件。如果磁盘空间不足，则可能导致新生成的文件无法保存。

直接echo只能清空page cache中"clean"的部分，也就是已经和外部磁盘同步过的部分。因为"clean"的部分回收起来最简单，既然已经同步过了，直接丢弃即可，下次要用再从磁盘上拷贝回来就可以了，而"dirty"的部分需要先writeback到磁盘，才能释放。所以，"drop cache"准确地应该叫drop clean cache（如果想释放"dirty"的page cache，可以先使用"sync"命令强制同步一下）。

与实现自动回收的 kswapd 线程通过扫描LRU链表不同，手动回收page cache是遍历各个文件系统的各个文件，来寻找可供回收的clean pages。

page cache对应的是文件系统中的文件数据（userdata），而inode cache对应的是文件系统中文件的控制结构（metadata）。对于磁盘文件系统，内存inode存在后备存储，因此同page cache一样，较易在内存中重建，释放的代价较低。dentry虽然在磁盘上没有直接对应的结构，但也可根据文件系统中目录inode的信息进行重建。

echo 2前后可以看dentry的状态：

cat /proc/sys/fs/dentry-state
cat /proc/sys/fs/inode-state

一个内存inode被一个或多个dentry指向，如果指向一个inode的dentry都被释放，那么该inode也就没有继续存在于内存的意义，也会被同步释放，且由于这种指向关系，释放的inode object总数应略小于释放的dentry object的总数。

借助crash工具的"struct"命令，可以快速得知一个结构体的大小，以笔者使用的"4.18.0-80.el8.x86_64"内核版本为例，dentry和inode的结构体大小分别是208字节和648字节，计算一下，差不多就等于"SReclaimable"中减少的部分。

从dcache和icache的LRU链表获取可回收的数量后，还可以通过"/proc/sys/vm/vfs_cache_pressure"参数来调节slab cache的「回收倾向」。该参数的值越小，则回收slab cache的比例也就越低，当值为0时，即使内存资源紧张也不回收slab cache（非常类似于调节anonymous page和page cache回收比例的"swappiness"参数）。

 

注意：使用之前需要先sync，将缓存刷到磁盘中。此操作需要root权限，因此在执行这些命令时可能需要使用sudo。

 

2. 实验

单位：MB

# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1825         381        1363           8          79        1413
Swap:             0           0           0
# cp /etc/* /mytest/
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1825         382        1341           8         101        1412
Swap:             0           0           0

过一段时间：

# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1825         382        1341           8         101        1412
Swap:             0

# cat /proc/sys/vm/drop_caches
0

# sync

# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1825         382        1405           8          37        1413
Swap:  

echo 2 之后，/proc/meminfo 中的可回收部分 SReclaimable 字段的值也会明显降低。

 

3. 写个脚本做这个事情

# cat cleanup_cache.sh 
#!/bin/sh
# drop_caches for every 5 mins

drop_caches() {
    echo "Drop caches."
    sync
    echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches &
    return 0
}

while true; do
    sleep 300
    drop_caches
done

exit 0

 

4. 小结

清除page cache和slab cache可以快速释放内存，cache虽然占据了内存空间，但其本来就是为了提高性能而存在的，在手动清除后的一段时间里，系统的整体运行效率将受到影响。如果发现即便负责自动回收的kswapd频繁启动，系统的内存资源依然吃紧，应尝试去寻找部分内存始终不能有效释放的原因，手动清除并不能解决根本问题。

笔者在工作中就曾经遇到过这样的案例：

kswapd由于持续运行，导致占据了大量的CPU资源，后来发现root cause是有进程一直再往tmpfs里面打印log，而tmpfs属于shmem，在性质上是anonymous pages，内存回收时应该被swap out到外部的swap space。

但系统没有在外部flash设置swap分区，手动drop cache只能回收page cache和slab cache，对anony page是没有用的。tmpfs里的内容不断增加，导致空闲内存低于low watermark，触发kswapd，但没有swap分区，kswapd怎么使劲也是无能为力的，最终的结果就是内存占用率和CPU占用率都很高，系统可能就挂掉了。

 

参考：
Linux内存回收之drop cache：https://zhuanlan.zhihu.com/p/93962657