服务器又 OOM 了？用 top 看半天没搞懂内存到底去哪了。后来才发现，free 命令才是内存分析的正确姿势。这次把 free 的原理和实战技巧整理一下。
摘要：
free命令是 Linux 内存分析的利器。本文深入解读free -h输出的四行含义，揭示buff/cache与available的关键区别；解析其数据来源/proc/meminfo及核心计算逻辑；详解-h、-s、-t、-w等常用参数；并通过判断内存紧张、Swap 分析、缓存观察、主动释放缓存、监控脚本等实战场景，帮助读者避开常见误区，真正掌握内存分析的正确姿势。
free 输出的四行含义
$ free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 15Gi 8.5Gi 1.2Gi 256Mi 5.3Gi 5.8Gi
Swap: 2.0Gi 512Mi 1.5Gi
很多人看到这个输出就懵了：used + free 怎么不等于 total？available 又是什么？
关键在于 buff/cache 这列。Linux 会把空闲内存拿来做缓冲区（buffer cache）和页面缓存（page cache），加速文件读写。所以：
- free：完全没被使用的内存
- buff/cache：用于缓存的内存（可以释放）
- available：程序实际可申请的内存（free + 可回收的 cache）
真正判断内存是否紧张，看 available，不是 free。
/proc/meminfo：free 的数据来源
free 命令的数据来自 /proc/meminfo：
$ head -20 /proc/meminfo
MemTotal: 16384000 kB
MemFree: 1228800 kB
MemAvailable: 6029312 kB
Buffers: 524288 kB
Cached: 5242880 kB
SwapCached: 0 kB
Active: 4194304 kB
Inactive: 3145728 kB
free 命令的核心逻辑就是读取这些字段并格式化输出：
// free 命令源码简化逻辑
void print_meminfo() {
FILE *fp = fopen("/proc/meminfo", "r");
unsigned long mem_total, mem_free, buffers, cached;
// 逐行解析
while (fgets(line, sizeof(line), fp)) {
if (sscanf(line, "MemTotal: %lu kB", &mem_total));
else if (sscanf(line, "MemFree: %lu kB", &mem_free));
else if (sscanf(line, "Buffers: %lu kB", &buffers));
else if (sscanf(line, "Cached: %lu kB", &cached));
}
// 计算公式
unsigned long used = mem_total - mem_free - buffers - cached;
unsigned long buff_cache = buffers + cached;
printf("Mem: %lu %lu %lu %lu %lu\n",
mem_total, used, mem_free, buff_cache, ...);
}
available 的计算更复杂，涉及 MemAvailable 字段（内核 3.14+）或估算可回收内存。
常用参数详解
-h：人类可读格式
$ free -h
Mem: 15Gi 8.5Gi 1.2Gi 256Mi 5.3Gi 5.8Gi
自动转换单位（K/M/G/T），比 -m（MB）、-g（GB）智能。
-b/-k/-m/-g：指定单位
$ free -m # 以 MB 显示
$ free -g # 以 GB 显示
$ free -b # 以字节显示
写监控脚本时，用 -b 方便计算百分比。
-s N：持续监控
$ free -s 1 # 每秒刷新
$ free -s 5 -c 10 # 每 5 秒刷新，共 10 次
配合 -c 限制次数，避免无限循环。
-t：显示总计
$ free -t
total used free shared buff/cache available
Mem: 16384000 8847360 1257472 262144 6279168 6029312
Swap: 2097152 524288 1572864
Total: 18481152 9371648 2830336
多一行 Mem + Swap 的总计。
-w：宽输出，分开显示 buffer 和 cache
$ free -w
total used free shared buffers cache available
Mem: 16384000 8847360 1257472 262144 524288 5754880 6029312
buffers 是块设备缓存，cache 是文件系统缓存，分开看更清晰。
实战场景
1. 判断内存是否紧张
$ free -h
Mem: 15Gi 14Gi 512Mi 256Mi 512Mi 400Mi
available 只有 400Mi，说明内存紧张，但还没 OOM。这时候就该扩容或优化了。
2. Swap 使用分析
$ free -h
Swap: 2.0Gi 1.8Gi 200Mi
Swap 用了 90%，说明内存严重不足，系统在频繁换页。性能会急剧下降。
3. 观察缓存效果
# 第一次读取大文件
$ time cat 10GB.log > /dev/null
real 0m45.123s
# 第二次读取（缓存命中）
$ time cat 10GB.log > /dev/null
real 0m2.456s
# 观察缓存增长
$ free -h
buff/cache 从 5.3Gi 增长到 10.2Gi
Linux 自动用空闲内存做缓存，加速文件访问。
4. 主动释放缓存
# 释放 page cache
$ echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 释放 dentries 和 inodes
$ echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 释放所有缓存
$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
注意：生产环境慎用，会影响性能。sync 命令先同步数据：
$ sync && echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
5. 监控脚本示例
#!/bin/bash
# 内存监控脚本
THRESHOLD=90 # 内存使用阈值
while true; do
MEM_INFO=$(free | grep Mem)
TOTAL=$(echo $MEM_INFO | awk '{print $2}')
USED=$(echo $MEM_INFO | awk '{print $3}')
PERCENT=$(echo "scale=2; $USED * 100 / $TOTAL" | bc)
if (( $(echo "$PERCENT > $THRESHOLD" | bc -l) )); then
echo "$(date): Memory usage ${PERCENT}% exceeds threshold!"
# 发送告警
fi
sleep 60
done
常见误区
1. free 很少就是内存不足
恰恰相反，Linux 的设计理念是"空闲内存是浪费"。free 少说明缓存利用充分。
2. used 很高就是内存紧张
不对。used 包含了 buff/cache，这部分内存可以立即释放。
判断标准：看 available，不是 free 或 used。
3. Swap 用了就有问题
不一定。少量 Swap 使用是正常的，比如休眠到磁盘的程序。关键是 Swap 是否在增长。
free 与其他工具对比
| 工具 | 优势 | 场景 |
|---|---|---|
| free | 快速总览 | 日常检查 |
| top/htop | 实时进程排序 | 找内存大户 |
| vmstat | 详细的内存统计 | 性能分析 |
| /proc/meminfo | 完整的内存信息 | 深度诊断 |
| smem | 进程实际内存（PSS） | 精确统计 |
smem 按 PSS（Proportional Set Size）统计，比 top 的 RES 更准确：
$ smem -t -k -s rss
PID User Command Swap USS PSS RSS
12345 nginx nginx 0 45M 52M 68M
小结
free 命令虽小，但读懂它需要理解 Linux 内存管理机制：
- 看 available 判断内存是否紧张
- buff/cache 是好东西，别看到 free 少就慌
- Swap 使用率持续增长才是危险信号
- 配合
/proc/meminfo做深度诊断
下次遇到 OOM，先用 free -h 看看整体情况，再用 smem 或 htop 找具体进程。
相关工具：Linux df 磁盘空间监控 | Linux du 目录大小统计
