功能說明
free 命令顯示系統使用和空閒的記憶體情況，包括實體記憶體、互動區記憶體(swap)和核心緩衝區記憶體。共享記憶體將被忽略
語法
free [引數]
引數
- -b ： 以Byte為單位顯示記憶體使用情況。
- -k ： 以KB為單位顯示記憶體使用情況。
- -m ： 以MB為單位顯示記憶體使用情況。
- -h： 以適於人類可讀方式顯示記憶體資訊。-h與其他命令最大不同是-h選項會在數字後面加上適於人類可讀的單位
- -g ： 以GB為單位顯示記憶體使用情況。
- -o ： 不顯示緩衝區調節列。
- -s： <間隔秒數> 持續觀察記憶體使用狀況。
- -t ： 顯示記憶體總和列。
- -V ： 顯示版本資訊。
如果加上 -h 選項，輸出的結果會友好很多：
有時我們需要持續的觀察記憶體的狀況，此時可以使用 -s 選項並指定間隔的秒數：
$ free -h -s 3
上面的命令每隔 3 秒輸出一次記憶體的使用情況，直到你按下 ctrl + c。
由於 free 命令本身比較簡單，所以本文的重點會放在如何通過 free 命令瞭解系統當前的記憶體使用狀況。
基本概念
下面先解釋一下輸出的內容：
第一列
- Mem 行(第二行)是記憶體的使用情況。
- Swap 行(第三行)是交換空間的使用情況。
第一行
- total 列顯示系統總的可用實體記憶體和交換空間大小。
- used 列顯示已經被使用的實體記憶體和交換空間。
- free 列顯示還有多少實體記憶體和交換空間可用使用。
- shared 列顯示被共享使用的實體記憶體大小。
- buff/cache 列顯示被 buffer 和 cache 使用的實體記憶體大小。
- available 列顯示還可以被應用程式使用的實體記憶體大小。
buff/cache:
從字面上和語義來看，buffer名為緩衝，cache名為快取。我們知道各種硬體存在製作工藝上的差別，所以當兩種硬體需要互動的時候，肯定會存在速度上的差異，而且只有互動雙方都完成才可以各自處理別的其他事務。假如現在有兩個需要互動的裝置A和B，A裝置用來互動的介面速率為1000M/s，B裝置用來互動的介面速率為500M/s，那他們彼此訪問的時候都會出現以下兩種情況：（以A來說）
一.A從B取一個1000M的檔案結果需要2s，本來需要1s就可以完成的工作，卻還需要額外等待1s,B裝置把剩餘的500M找出來，這等待B取出剩下500M的空閒時間內(1s)其他的事務還幹不了
二.A給B一個1000M的檔案結果也需要2s，本來需要也就1s就可以完成的工作，卻由於B，1s內只能拿500M，剩下的500M還得等下一個1sB來取，這等待下1s的時間還做不了其他事務。
那有什麼方法既可以讓A在‘取’或‘給’B的時候既能完成目標任務又不浪費那1s空閒等待時間去處理其他事務呢？我們知道產生這種結果主要是因為B跟不上A的節奏，但即使這樣A也得必須等B處理完本次事務才能幹其他活（單核cpu來說），除非你有三頭六臂。那有小夥伴可能會問了，能不能在A和B之間加一層區域比如說ab，讓ab既能跟上A的頻率也會照顧B的感受，沒錯我們確實可以這樣設計來磨合介面速率上的差異，你可以這樣想象，在區域ab提供了兩個互動介面一個是a介面另一個是b介面，a介面的速率接近A，b介面的速率最少等於B，然後我們把ab的a和A相連，ab的b和B相連，ab就像一座橋把A和B連結起來，並告知A和B通過他都能轉發給對方，檔案可以暫時儲存，最終拓撲大概如下：
現在我們再來看上述兩種情況：
對於第一種情況A要B：當A從B取一個1000M的檔案，他把需求告訴了ab，接下來ab通過b和B進行檔案傳送，由於B本身的速率，傳送第一次ab並沒有什麼卵用，對A來說不僅浪費了時間還浪費了感情，ab這傢伙很快感受到了A的不滿，所以在第二次傳送的時候，ab揹著B偷偷快取了一個一模一樣的檔案，而且只要從B取東西，ab都會快取一個拷貝下來放在自己的大本營，如果下次A或者其他C來取B的東西，ab直接就給A或C一個貨真價實的贗品，然後把它通過a介面給了A或C，由於a的速率相對接近A的介面速率，所以A覺得不錯為他省了時間，最終和ab的a成了好基友，說白了此時的ab提供的就是一種快取能力，即cache，絕對的走私！因為C取的是A執行的結果。所以在這種工作模式下，怎麼取得的東西是最新的也是我們需要考慮的，一般就是清cache。例如cpu讀取記憶體資料，硬碟一般都提供一個記憶體作為快取來增加系統的讀取效能
對於第二種情況A給B：當A發給B一個1000M的檔案，因為A知道通過ab的a介面就可以轉交給B，而且通過a介面要比通過B介面傳送檔案需要等待的時間更短，所以1000M通過a介面給了ab ，站在A檢視上他認為已經把1000M的檔案給了B，但對於ab並不立即交給B，而是先快取下來，除非B執行sync命令，即使B馬上要，但由於b的介面速率最少大於B介面速率，所以也不會存在漏洞時間，但最終的結果是A節約了時間就可以幹其他的事務，說白了就是推卸責任，哈哈而ab此時提供的就是一種緩衝的能力，即buffer，它存在的目的適用於當速度快的往速度慢的輸出東西。例如記憶體的資料要寫到磁碟，cpu暫存器裡的資料寫到記憶體。
看了上面這個例子，那我們現在看一下在計算機領域，在處理磁碟IO讀寫的時候，cpu，memory，disk基於這種模型給出的一個例項。我們先來一幅圖：（我從別家當來的，我覺得，看N篇文件 不如瞄此一圖）
page cache：檔案系統層級的快取，從磁碟裡讀取的內容是儲存到這裡，這樣程式讀取磁碟內容就會非常快，比如使用grep和find等命令查詢內容和檔案時，第一次會慢很多，再次執行就快好多倍，幾乎是瞬間。但如上所說，如果對檔案的更新不關心，就沒必要清cache，否則如果要實施同步，必須要把記憶體空間中的cache clean下
buffer cache：磁碟等塊裝置的緩衝，記憶體的這一部分是要寫入到磁碟裡的。這種情況需要注意，位於記憶體buffer中的資料不是即時寫入磁碟，而是系統空閒或者buffer達到一定大小統一寫到磁碟中，所以斷電易失，為了防止資料丟失所以我們最好正常關機或者多執行幾次sync命令，讓位於buffer上的資料立刻寫到磁碟裡。
free 與 available
在 free 命令的輸出中，有一個 free 列，同時還有一個 available 列。這二者到底有何區別？
free 是真正尚未被使用的實體記憶體數量。至於 available 就比較有意思了，它是從應用程式的角度看到的可用記憶體數量。Linux 核心為了提升磁碟操作的效能，會消耗一部分記憶體去快取磁碟資料，就是我們介紹的 buffer 和 cache。所以對於核心來說，buffer 和 cache 都屬於已經被使用的記憶體。當應用程式需要記憶體時，如果沒有足夠的 free 記憶體可以用，核心就會從 buffer 和 cache 中回收記憶體來滿足應用程式的請求。所以從應用程式的角度來說，available = free + buffer + cache。請注意，這只是一個很理想的計算方式，實際中的資料往往有較大的誤差。
交換空間(swap space)
swap space 是磁碟上的一塊區域，可以是一個分割槽，也可以是一個檔案。所以具體的實現可以是 swap 分割槽也可以是 swap 檔案。當系統實體記憶體吃緊時，Linux 會將記憶體中不常訪問的資料儲存到 swap 上，這樣系統就有更多的實體記憶體為各個程式服務，而當系統需要訪問 swap 上儲存的內容時，再將 swap 上的資料載入到記憶體中，這就是常說的換出和換入。交換空間可以在一定程度上緩解記憶體不足的情況，但是它需要讀寫磁碟資料，所以效能不是很高。
現在的機器一般都不太缺記憶體，如果系統預設還是使用了 swap 是不是會拖累系統的效能？理論上是的，但實際上可能性並不是很大。並且核心提供了一個叫做 swappiness 的引數，用於配置需要將記憶體中不常用的資料移到 swap 中去的緊迫程度。這個引數的取值範圍是 0～100，0 告訴核心儘可能的不要將記憶體資料移到 swap 中，也即只有在迫不得已的情況下才這麼做，而 100 告訴核心只要有可能，儘量的將記憶體中不常訪問的資料移到 swap 中。在 ubuntu 系統中，swappiness 的預設值是 60。如果我們覺著記憶體充足，可以在 /etc/sysctl.conf 檔案中設定 swappiness：
vm.swappiness=10
如果系統的記憶體不足，則需要根據實體記憶體的大小來設定交換空間的大小。具體的策略網上有很豐富的資料，這裡筆者不再贅述。
/proc/meminfo 檔案
其實 free 命令中的資訊都來自於 /proc/meminfo 檔案。/proc/meminfo 檔案包含了更多更原始的資訊，只是看起來不太直觀：
有興趣的同學可以直接檢視這個檔案。
總結
free 命令是一個既簡單又複雜的命令。簡單是因為這個命令的引數少，輸出結果清晰。說它複雜則是因為它背後是比較晦澀的作業系統中的概念，如果不清楚這些概念，即便看了 free 命令的輸出也 get 不到多少有價值的資訊。