Linux系统命令free的使用方法

# Linux系统命令free的使用方法

## 一、free命令概述

### 1.1 free命令简介
`free`是Linux系统中用于查看内存使用情况的核心命令之一。作为procps工具集的重要组成部分，它能够直观地展示系统的物理内存、交换空间（swap）和内核缓冲区的使用状态。该命令通过解析`/proc/meminfo`文件获取数据，以人类可读的格式呈现内存信息。

### 1.2 命令基本功能
- 显示系统总内存、已用内存、空闲内存
- 展示缓冲区和缓存使用情况
- 报告交换空间的使用状态
- 支持多种显示单位（KB、MB、GB等）
- 提供周期性刷新功能

### 1.3 适用场景
- 系统性能监控
- 内存泄漏排查
- 服务器资源规划
- 系统调优基准测试
- 容器/虚拟机资源监控

## 二、命令安装与版本

### 2.1 安装方法
大多数现代Linux发行版已预装free命令。如需手动安装：

```bash
# Debian/Ubuntu
sudo apt install procps

# RHEL/CentOS
sudo yum install procps-ng

# Arch Linux
sudo pacman -S procps-ng

2.2 版本差异

不同版本存在语法差异： - 传统版本：free [-b|-k|-m|-g] [-o] [-s delay] [-t] [-V] - 新版语法：free [options]

2.3 兼容性说明

发行版	默认版本	备注
Ubuntu 22.04	3.3.17	支持–giga等新选项
CentOS 7	3.3.10	需升级procps-ng
Alpine 3.15	3.3.16	需安装busybox-extras

三、基本使用方法

3.1 默认输出解析

执行free命令的典型输出：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        8000000     3000000     1000000      500000     4000000     3500000
Swap:       2000000      500000     1500000

字段说明： - total：总内存量 - used：已使用内存（含buffers/cache） - free：完全未使用的内存 - shared：共享内存（tmpfs等） - buff/cache：缓冲和页面缓存 - available：实际可用内存估算值

3.2 常用单位切换

通过参数指定显示单位：

free -b  # 字节(bytes)
free -k  # KB(默认)
free -m  # MB
free -g  # GB
free -h  # 人类可读格式(自动选择单位)
free --human --si  # 以1000为基数换算

示例输出（-h格式）：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           7.7G        3.1G        1.2G        512M        3.4G        3.5G
Swap:          2.0G        512M        1.5G

四、高级参数详解

4.1 显示模式控制

free -w  # 宽模式(分开显示buffers和cache)
free -t  # 显示总计行
free --wide --total  # 组合使用

宽模式示例：

              total        used        free      shared     buffers       cache   available
Mem:        8000000     2500000     1500000      500000      200000     3800000     4000000
Swap:       2000000      300000     1700000
Total:     10000000     2800000     3200000

4.2 刷新显示功能

free -s 5  # 每5秒刷新一次
free -s 10 -c 3  # 每10秒刷新，共3次
free --seconds 2 --count 5  # 新语法格式

4.3 低内存模式

free -l  # 显示详细高低内存统计(Linux特有)

4.4 其他实用参数

free --tera  # 以TB为单位显示
free --peta  # 以PB为单位显示
free --gibi  # 以GiB为单位(1024^3)

五、输出结果深度解析

5.1 内存类型详解

物理内存（Mem）

• total：DDR容量
• used：应用程序使用的内存 + buffers + cache
• free：完全未被占用的内存
• available = free + 可回收的buffers/cache

交换空间（Swap）

• total：swap分区/文件总大小
• used：被换出的内存页
• free：剩余可用swap空间

5.2 关键指标关系

实际可用内存 ≈ available
真实使用量 = used - buffers - cache
内存压力 = (used - buffers - cache) / total * 100%

5.3 缓存机制解析

Linux内存管理特性： - Buffers：块设备I/O缓存 - Cached：文件系统页面缓存 - SReclaimable：可回收的slab内存

六、使用场景案例

6.1 性能监控脚本

#!/bin/bash
while true; do
    clear
    free -h
    sleep 2
done

6.2 内存告警配置

# 监控可用内存低于10%时报警
THRESHOLD=10
AVLABLE=$(free | awk '/Mem/{printf("%.0f"), $7/$2*100}')
[ $AVLABLE -lt $THRESHOLD ] && echo "警报：可用内存仅剩${AVLABLE}%"

6.3 容器环境适配

# 在容器内获取正确内存数据
cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.stat
free -h --cgroup

七、常见问题排查

7.1 典型问题分析

现象：free值很低但系统运行正常

原因：Linux积极利用空闲内存作缓存
验证：观察available值是否充足

现象：swap使用量突增

可能原因： 1. 物理内存耗尽 2. swappiness值设置过高 3. 内存泄漏进程

排查命令：

cat /proc/sys/vm/swappiness  # 查看交换倾向值(0-100)
vmstat 1 5  # 监控si/so字段

7.2 数据不一致问题

当free与top显示不一致时： 1. 确认单位是否相同 2. 检查是否包含buffers/cache 3. 考虑延迟采样差异

7.3 权限问题处理

# 遇到权限拒绝时
sudo free -m
# 或检查proc文件系统权限
ls -l /proc/meminfo

八、与其他命令配合

8.1 组合工具链

# 内存监控三板斧
free -h && vmstat -s && top -n1 -b | head -20

# 按进程排序内存使用
ps aux --sort=-%mem | head -10

8.2 性能分析组合

# 配合sar分析历史趋势
sar -r 1 3  # 内存使用采样
free -h -s 1 -c 3  # 同步采样

8.3 可视化工具集成

# 生成CSV格式数据
free -m | awk 'NR>1{print $1","$2","$3","$4}' > mem_usage.csv

# 配合gnuplot绘图
free -s 1 -c 60 | grep Mem | awk '{print $3}' > mem.dat

九、进阶技巧

9.1 内核参数调优参考

# 根据free结果调整
echo "vm.vfs_cache_pressure=50" >> /etc/sysctl.conf
echo "vm.swappiness=10" >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p

9.2 自动化监控方案

#!/usr/bin/python3
import subprocess
import time

def monitor_mem(interval=5, threshold=85):
    while True:
        result = subprocess.run(['free','-m'], stdout=subprocess.PIPE)
        lines = result.stdout.decode().split('\n')
        mem_line = lines[1].split()
        used_percent = 100 * int(mem_line[2]) / int(mem_line[1])
        if used_percent > threshold:
            alert_msg = f"内存使用率{used_percent:.1f}%超过阈值{threshold}%"
            subprocess.run(['wall', alert_msg])
        time.sleep(interval)

9.3 容器化环境适配

# 在Kubernetes中获取Pod内存
kubectl top pod
# 等价于
kubectl exec -it POD_NAME -- free -h

十、命令参考手册

10.1 完整参数表

参数	说明
-b, –bytes	以字节为单位显示
-k, –kilo	以KB为单位(默认)
-m, –mega	以MB为单位
-g, –giga	以GB为单位
-h, –human	自动选择合适单位
-w, –wide	宽输出模式
-c, –count N	显示N次后退出
-s, –seconds N	每N秒刷新一次
–si	使用1000进制而非1024
-t, –total	显示内存+swap总计行
–help	显示帮助信息
–version	显示版本信息

10.2 返回值说明

• 0：成功执行
• 1：语法错误
• 2：无效参数
• 3：内存统计获取失败

十一、版本更新记录

11.1 重要版本变更

版本	变更内容
3.3.10	新增–gibi/–tebi等二进制前缀
3.3.12	支持cgroup v2内存统计
3.3.15	增加–percent显示百分比
3.3.17	优化容器环境检测逻辑

11.2 未来发展方向

• 支持更多内存子系统（如PMEM）
• 增强容器/虚拟机识别能力
• 集成内存压力指数（PSI）指标

十二、总结与最佳实践

12.1 使用建议

1. 生产环境优先使用-h或-m选项
2. 监控脚本应关注available而非free
3. 长期监控配合-s参数使用
4. 临界值告警建议设置在85%左右

12.2 性能分析流程

1. free -h查看整体情况
2. vmstat 1观察交换频率
3. top/htop定位具体进程
4. pmap -x PID分析进程内存分布

12.3 延伸学习资源

• Linux内核文档：Documentation/admin-guide/mm/
• proc文件系统说明：man 5 proc
• 内存管理专著：《Understanding the Linux Virtual Memory Manager》

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本文档持续更新，最后修订时间：2023年10月
相关命令版本：procps-ng 3.3.17
适用内核版本：Linux 4.15+ “`