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free —— 查看内存与 swap 使用情况 ​

三轨导读：本页是「深度实战与原理」版；同命令其他版本：5 分钟上手入门 · 命令选项速查。

这个工具是做什么的 ​

一眼看整机内存够不够、有没有在用 swap，是判断"内存瓶颈"的第一步。核心是理解 Linux 的缓存机制——空闲内存被拿去做缓存是好事，不是内存不足。

可以回答什么问题 ​

问题怎么用
物理内存够不够？free -h 看 available 列，不是 free 列
有没有在用 swap？swap 在持续增长吗？free -h 的 Swap 行 used 列
缓存占了多少内存？还可以回收多少？buff/cache 列（可回收的缓存）
内存趋势是增加还是减少？free -h -s 2 持续观察

数据来源 ​

  • 来源文件：/proc/meminfo（MemTotal/MemFree/MemAvailable/Buffers/Cached/SwapTotal/SwapFree 等）。
  • 采集方式：不做差、无需间隔——每次直接读一遍 /proc/meminfo 当前快照并换算成表格。
  • 由此决定的特性：available 这一列直接取自内核算好的 MemAvailable（内核综合了可回收缓存的估算），比自己拿 free + cached 手算更准——判断内存紧不紧就认这一列（详见正文"常见误区"）。
bash
free -h                  # 人类可读单位（自动 Ki/Mi/Gi，最常用）
free -m                  # 固定以 MB 显示
free -g                  # 以 GB 显示（大内存机）
free -h -s 2             # -s 每 2 秒刷新一次（持续观察）
free -h -c 5 -s 1        # -c 刷新 5 次后退出
free -h -t               # -t 额外加一行 Total（内存+swap 合计）
free -w -h               # -w 把 buffers 和 cache 拆成两列显示

一、输出与字段 ​

bash
              total   used   free   shared  buff/cache   available
Mem:           15Gi   4.0Gi  1.0Gi   200Mi      10Gi        10Gi
Swap:          2.0Gi   0B     2.0Gi
字段含义说明
total总物理内存略小于物理条容量（内核/固件占用）
used已用= total − free − buff/cache（真正被进程占的）
free完全空闲、未被任何用途占用数值小是正常的，见下
shared共享内存tmpfs、/dev/shm、进程间共享段
buff/cache缓冲 + 页缓存（合并显示）可回收：内核拿空闲内存缓存磁盘内容加速 IO，进程要用时立即让出
available真正可用内存估算值 = free + 可回收的 cache。判断内存紧不紧只看这个

Swap 行：used 非 0 且持续增长，说明物理内存不够，内核把冷页换到磁盘。

buff/cache 拆分：用 free -w 看清两个独立含义 ​

默认 free -h 把 buffers 和 cached 合成一列（buff/cache），但它们是两种不同用途的缓存：

bash
free -h -w           # -w: wide, 把 buffers 和 cache 拆成两列

输出示例：

bash
              total   used   free   shared  buffers  cache  available
Mem:            15Gi  4.0Gi  1.0Gi   200Mi     180Mi  9.8Gi     10Gi
Swap:          2.0Gi     0B  2.0Gi
列实质产生场景典型大小
buffers（= vmstat 的 buff）块设备缓冲：裸盘元数据、块设备层缓冲裸块设备读写（dd 直写 /dev/sda）、ext4 日志、文件系统元数据普通文件 IO 下几十~几百 MB；裸盘直写时可能 GB
cache（= vmstat 的 cache）页缓存：文件内容、mmap 映射、文件 inode 缓存读文件、运行程序加载 .so/二进制、grep 扫描大文件、文件 mmap视业务：空闲时把剩余内存几乎全部用作 page cache（可达总内存 50-80%）

两者的关系：在现代 Linux（2.4+）上，buffers 是 page cache 的一个子集（主要针对裸块设备和元数据），两者都是可回收的，回收顺序和策略完全一致——所以默认 buff/cache 合并显示是合理的，判断内存紧不紧还是看 available。

💡 vmstat 也有 buff 和 cache 两列——含义和 free -w 的 buffers/cache 一致。所以 free 和 vmstat 的数据可对照：两边 cache 数字应近似相同（差几个 MB 属正常，因采样时点不同）。详见 vmstat memory 四列解读。

二、最重要的认知：free 小 ≠ 内存不足 ​

Linux 的哲学是"空闲内存就是浪费"，所以会主动把 RAM 用作 buff/cache。因此：

  • free 很小、buff/cache 很大 = 健康：缓存随时可回收，available 才是可用量。
  • 判断内存是否吃紧：只看 available。它接近 0 才是真紧张。
  • 想手动看回收效果（一般不需要，仅调试）：sync; echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches 会清页缓存，free/available 立刻变大——证明那部分本就是可回收的。

free / buff / cache / swpd 的关系图 ​

free —— 查看内存与 swap 使用情况 示意图（第 2 张）

关键概念：

  • free 看着小是常态——空闲内存被内核拿去做 cache。
  • cache 是可回收的缓存，进程要内存时内核立即让出，不算真占用。
  • available 才是真正可用内存的估算值（≈ free + 可回收 cache）——判断内存是否吃紧只认这一列。
  • swpd 是已换出的累计量，涨 + si/so 非零才是真问题；稳定不变是历史残留。

三、内存真紧张的信号（组合判断） ​

同时出现才下结论：

  1. free -h 的 available 持续很低（如 <5% total）；
  2. Swap 的 used 在持续增长；
  3. vmstat 1 的 si/so 持续非 0（正在换页）；
  4. dmesg | grep -i oom 出现 OOM Killer 记录（已经杀进程了）。

→ 处理：找吃内存大户、加内存、限制进程内存、排查内存泄漏。

四、关键指标速查 ​

指标缩写/英文正常值异常信号
真正可用内存available / MemAvailable充足（> 10% total）< 5% total → 内存吃紧，随时 OOM
空闲内存free / MemFree—小 = 正常（被缓存利用），关键看 available
缓存占用buff/cache视负载过大 + available 低 → 可回收但被锁定
Swap 使用量Swap used0 或稳定持续增长 → 内存压力在累积
共享内存shared视业务突然暴涨 → 大量 tmpfs 或进程间共享

五、常见排查方法与分析 ​

5.1 内存不足确认 ​

bash
free -h → available 接近 0
  → free -h -s 2 → 看 available 是否持续下降
    → vmstat 1 → 看 si/so 是否非零（正在换页的铁证）
      → dmesg | grep -i oom → 是否已有 OOM Kill 记录
        → ps aux --sort=-%mem | head → 找吃内存大户

5.2 Swap 持续增长分析 ​

bash
free -h -s 2 → Swap used 持续增长
  → vmstat 1 → si/so 持续非零
    → pidstat -r 1 → 看 majflt/s 最高的进程
      → cat /proc/<PID>/status | grep VmSwap → 哪个进程在被换出

5.3 内存泄漏观察 ​

bash
free -h -s 5 → available 持续下降、used 持续上升
  → ps aux --sort=-%mem | head → 找 RSS 最大的进程
    → pidstat -r -p <PID> 5 → 持续观察该进程 RSS 趋势
      → 若 RSS 单调增长 → 内存泄漏

5.4 available 和 free 都小但系统正常 ​

Linux 拿空闲内存做缓存是正常的。确认是否真紧张：

bash
free -h → available 很大但 free 很小 → 健康，缓存可回收
free -h → available 也很小 → 紧张
  → 同时检查 vmstat 1 的 si/so → 非零 = 真的不足

六、交叉引用 ​

  • 内存全景：procfs §三（/proc/meminfo 是最详细的内存明细）
  • 虚拟内存检查：vmstat（si/so 换页速率，验证内存是否真的不足）
  • 进程级缺页：pidstat -r（majflt/s 看谁在触发主缺页）
  • Cgroup 限制：kernel-tuning §一（memory cgroup 限制影响 free 读数）
  • OOM 排查：core-dump（OOM 时抓 core）
  • Swap 调优：kernel-tuning §一（vm.swappiness 控制换页倾向）
  • 场景化排查链路：排查工具集（内存紧、进程崩等链路里 free 与 vmstat/pidstat 的衔接走法）

七、关联命令 ​

bash
cat /proc/meminfo              # 最详细的内存明细（free 就是读它算出来的）
vmstat 1                       # 看 si/so 判断是否在 swap
ps aux --sort=-%mem | head     # 按内存占用排序，找 Top 进程
top    # 按 M 排序，看 RES（常驻物理内存，比 VIRT 真实）
pidstat -r -p <PID> 1          # 看某进程的 RSS 与缺页率 majflt/s
smem -tk                       # 更准的按进程内存（区分 USS/PSS/RSS，需另装）
dmesg -T | grep -i oom         # 有没有触发过 OOM Killer

VIRT（虚拟内存）通常远大于真实占用（含未触碰的映射、mmap 文件），看真实内存占用要看 RES/RSS。多进程共享库时想避免重复计算，用 smem 的 PSS 更准。

总结 ​

free 看内存关键不在 free 列而在 available：Linux 会主动拿空闲内存做 buff/cache，所以 free 很小、available 很大是健康状态（缓存可回收），只有 available 也小、且 vmstat 1 的 si/so 非零持续换页，才是真内存不足；看进程真实占用要看 RES/RSS（VIRT 含未触碰的映射、虚高），泄漏看 RSS 是否单调增长，OOM 用 dmesg | grep -i oom 核实。它给整机结论，进程级用 pidstat -r/ps --sort=-%mem/smem(PSS) 下钻。