Linux shell编程学习笔记58：cat /proc/mem 获取系统内存信息

0 前言

在开展系统安全检查的过程中，除了收集cpu信息，我们还需要收集内存信息。在Linux中，获取内存信息的命令很多，这里我们着重研究 cat /proc/mem命令。

1 cat /proc/mem命令

/proc/meminfo 文件提供了有关系统内存的使用情况报告。

当我们想找出已用和可用内存、交换空间或缓存和缓冲区等统计信息时，我们可以分析此文件的内容。

需要注意的是，在这个文件中，除了基本信息之外，还有更多数据。

[purpleendurer @bash ~ ] cat /proc/meminfo
MemTotal:        3855952 kB
MemFree:         2040864 kB
MemAvailable:    3356504 kB
Buffers:           39224 kB
Cached:          1400764 kB
SwapCached:            0 kB
Active:            86028 kB
Inactive:        1536020 kB
Active(anon):        244 kB
Inactive(anon):   182156 kB
Active(file):      85784 kB
Inactive(file):  1353864 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
SwapTotal:             0 kB
SwapFree:              0 kB
Dirty:                96 kB
Writeback:             0 kB
AnonPages:        179504 kB
Mapped:           215608 kB
Shmem:               336 kB
KReclaimable:     123612 kB
Slab:             148076 kB
SReclaimable:     123612 kB
SUnreclaim:        24464 kB
KernelStack:        2912 kB
PageTables:         2984 kB
NFS_Unstable:          0 kB
Bounce:                0 kB
WritebackTmp:          0 kB
CommitLimit:     1927976 kB
Committed_AS:     482236 kB
VmallocTotal:   34359738367 kB
VmallocUsed:       16208 kB
VmallocChunk:          0 kB
Percpu:             1016 kB
HardwareCorrupted:     0 kB
AnonHugePages:    104448 kB
ShmemHugePages:        0 kB
ShmemPmdMapped:        0 kB
FileHugePages:         0 kB
FilePmdMapped:         0 kB
DupText:               0 kB
MemZeroed:             0 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB
Hugetlb:               0 kB
DirectMap4k:       51896 kB
DirectMap2M:     2945024 kB
DirectMap1G:     1048576 kB
[purpleendurer @bash ~ ] 

在不同版本的Linux系统中，命令返回的信息项也各有不同。
序号信息项信息值说明1MemTotal:3855952 kB
系统所有可用RAM数量（ total usable RAM）。

系统从加电开始到引导完成，BIOS等要保留一些内存，内核要保留一些内存，最后剩下可供系统支配的内存就是MemTotal。这个值在系统运行期间一般是固定不变的。
2MemFree:2040864 kB
系统层面留着未分配的内存数量。（free RAM, the memory which is not used for anything at all）
3MemAvailable:3356504 kB
可以分配给应用程序使用的内存数量（available RAM, the amount of memory available for allocation to any process）。

系统中有些内存虽然已被使用但是可以回收的，比如cache/buffer、slab都有一部分可以回收，所以MemFree不能代表全部可用的内存，这部分可回收的内存加上MemFree才是系统可用的内存，即：MemAvailable≈MemFree+Buffers+Cached，它是内核使用特定的算法估算出来的，并不精确。
4Buffers:39224 kB
内存中的临时存储元素，通常不超过 20 MB（temporary storage element in memory, which doesn’t generally exceed 20 MB）。

文件缓冲区的大小。

块设备(block device)所占用的特殊file-backed pages，包括：直接读写块设备，以及文件系统元数据(metadata)比如superblock使用的缓存页。Buffers内存页同时也在LRU list中，被统计在Active(file)或Inactive(file)之中。
5Cached:1400764 kB
页面缓存大小（从磁盘读取的文件的缓存），其中还包括 tmpfs 和 shmem，但不包括 SwapCached（page cache size (cache for files read from the disk), which also includes tmpfs and shmem but excludes SwapCached）

被高速缓冲存储器（cache memory）使用的内存数量

Cached = diskcache - SwapCache。

用户进程的内存页分为两种：file-backed pages（与文件对应的内存页），和anonymous pages（匿名页），比如进程的代码、映射的文件都是file-backed，而进程的堆、栈都是不与文件相对应的、就属于匿名页。file-backed pages在内存不足的时候可以直接写回对应的硬盘文件里，称为page-out，不需要用到交换区(swap)；而anonymous pages在内存不足时就只能写到硬盘上的交换区(swap)里，称为swap-out。
6SwapCached:0 kB
最近使用的交换内存，可提高 I/O 的速度（recently used swap memory, which increases the speed of I/O）

被高速缓冲存储器（cache memory）使用的交换空间大小，已经被交换出来的内存，但仍然被存放在swapfile中。用来在需要的时候很快的被替换而不需要再次打开I/O端口。

SwapCached包含的是被确定要swap-out，但是尚未写入交换区的匿名内存页。

SwapCached内存页会同时被统计在LRU或AnonPages或Shmem中，它本身并不占用额外的内存。
7Active:86028 kB
最近使用的内存，不太适合回收用于新应用程序（memory that has been used more recently, not very suitable to reclaim for new applications）。

处于活跃状态中的缓冲或高速缓冲存储器页面文件的大小，除非非常必要否则不会被移作他用。

Active=Active(anon) + Active(file)。

LRU是一种内存页回收算法，Least Recently Used,最近最少使用。LRU认为，在最近时间段内被访问的数据在以后被再次访问的概率，要高于最近一直没被访问的页面。于是近期未被访问到的页面就成为了页面回收的第一选择。Linux kernel会记录每个页面的近期访问次数，然后设计了两种LRU list: active list 和 inactive list, 刚访问过的页面放进active list，长时间未访问过的页面放进inactive list，回收内存页时，直接找inactive list即可。另外，内核线程kswapd会周期性地把active list中符合条件的页面移到inactive list中。
8Inactive:1536020 kB
最近未使用的内存，更适合回收用于新应用程序（memory that hasn’t been used recently, more suitable to reclaim for new applications）。

处于非活跃状态中的缓冲或高速缓冲存储器页面文件的大小，可能被用于其他途径。

Inactive=Inactive(anon) + Inactive(file))
9Active(anon):244 kB处于活跃状态、与文件无关的内存（比如进程的堆栈，用malloc申请的内存）(anonymous pages),anonymous pages在发生换页时，是对交换区进行读/写操作。10Inactive(anon):182156 kB处于非活跃状态、与文件无关的内存（比如进程的堆栈，用malloc申请的内存）11Active(file):85784 kB处于活跃状态、与文件关联的内存（比如程序文件、数据文件所对应的内存页）(file-backed pages) File-backed pages在发生换页(page-in或page-out)时，是从它对应的文件读入或写出12Inactive(file):1353864 kB处于非活跃状态、与文件关联的内存（比如程序文件、数据文件所对应的内存页）13Unevictable0 kB
用户空间消耗的不可回收内存数量。因为种种原因无法回收(page-out)或者交换到swap(swap-out)的内存页。

Unevictable LRU list上是不能pageout/swapout的内存页，包括VM_LOCKED的内存页、SHM_LOCK的共享内存页（同时被统计在Mlocked中）、和ramfs。在unevictable list出现之前，这些内存页都在Active/Inactive lists上，vmscan每次都要扫过它们，但是又不能把它们pageout/swapout，这在大内存的系统上会严重影响性能，unevictable list的初衷就是避免这种情况的发生。
14Mlocked0 kB
被系统调用"mlock()"锁定到内存中的页面大小。

Mlocked页面是不可收回的。被锁定的内存因为不能pageout/swapout，会从Active/Inactive LRU list移到Unevictable LRU list上。

Mlocked与以下统计项重叠：LRU Unevictable，AnonPages，Shmem，Mapped等。
15SwapTotal0 kB交换空间的总大小16SwapFree0 kB未被分配的交换空间大小17Dirty96 kB
（memory that currently waits to be written back to the disk）

等待被写回到磁盘的内存大小。

Dirty并不包括系统中全部的dirty pages，需要再加上另外两项：NFS_Unstable 和 Writeback，NFS_Unstable是发给NFS server但尚未写入硬盘的缓存页，Writeback是正准备回写硬盘的缓存页。
18Writeback0 kB正在被写回到磁盘的内存大小。19AnonPages179504 kB未映射页的内存大小20Mapped215608 kB设备和文件等映射的大小21Shmem336 kB共享内存和 tmpfs 文件系统使用的量22KReclaimable123612 kB内核分配的内存，内存压力下可回收（包括 SReclaimable）23Slab148076 kB内核数据结构缓存的大小，可以减少申请和释放内存带来的消耗24SReclaimable123612 kB可收回Slab的大小25SUnreclaim24464 kB不可收回Slab的大小（SUnreclaim+SReclaimable＝Slab）26KernelStack2912 kB内核栈，常驻内存,每一个用户线程都会分配一个kernel stack27PageTables2984 kB管理内存分页页面的索引表的大小28NFS_Unstable0 kBNFS_Unstable：已写入磁盘但尚未提交到稳定存储的网络文件系统页面，始终为零29Bounce0 kB退回缓冲区的内存量，退回缓冲区是使设备能够复制和写入数据的低级内存区域30WritebackTmp0 kBFUSE 模块使用的写回临时缓冲区31CommitLimit1927976 kB当前可在系统上分配的数量。根据超额分配比率（'vm.overcommit_ratio'），这是当前在系统上分配可用的内存总量，这个限制只是在模式2('vm.overcommit_memory')时启用。CommitLimit用以下公式计算：CommitLimit =（'vm.overcommit_ratio'*物理内存）+交换例如，在具有1G物理RAM和7G swap的系统上，当vm.overcommit_ratio = 30时 CommitLimit =7.3G32Committed_AS482236 kB目前已在系统上分配的内存量。是所有进程申请的内存的总和，即使所有申请的内存没有被完全使用，例如一个进程申请了1G内存，仅仅使用了300M，但是这1G内存的申请已经被 "committed"给了VM虚拟机，进程可以在任何时间使用。如果限制在模式2('vm.overcommit_memory')时启用，分配超出CommitLimit内存将不被允许33VmallocTotal34359738367 kB用于分配几乎连续内存的 vmalloc 内存空间的总大小34VmallocUsed16208 kB已用 vmalloc 内存空间的大小35VmallocChunk0 kBvmalloc 内存的最大可用连续块36Percpu1016 kB用于percpu接口分配的内存37HardwareCorrupted0 kB内核发现已损坏的内存38AnonHugePages104448 kB映射到页表中的匿名（非文件）大页面。Transparent Huge Pages 缩写 THP ，这个是 RHEL 6 开始引入的一个功能，在 Linux6 上透明大页是默认启用的。由于 Huge pages 很难手动管理，而且通常需要对代码进行重大的更改才能有效的使用，因此 RHEL 6 开始引入了 Transparent Huge Pages （ THP ）， THP 是一个抽象层，能够自动创建、管理和使用传统大页。THP 为系统管理员和开发人员减少了很多使用传统大页的复杂性 , 因为 THP 的目标是改进性能 , 因此其它开发人员 ( 来自社区和红帽 ) 已在各种系统、配置、应用程序和负载中对 THP 进行了测试和优化。这样可让 THP 的默认设置改进大多数系统配置性能。但是 , 不建议对数据库工作负载使用 THP 。这两者最大的区别在于 : 标准大页管理是预分配的方式，而透明大页管理则是动态分配的方式。39ShmemHugePages0 kB共享内存和具有大页面的 tmpfs 文件系统使用的量40ShmemPmdMapped0 kB具有大页面的用户空间映射共享内存（userspace-mapped shared memory with huge pages）41FileHugePages0 kB为大页面分配的页面缓存消耗的内存（memory consumed by page cache allocated with huge pages）42FilePmdMapped0 kB在用户空间中分配了大页面的映射页面缓存43DupText0 kB-44MemZeroed0 kB-45HugePages_Total0大页面池的总大小。Huge pages(标准大页) 是从 Linux Kernel 2.6 后被引入的，目的是通过使用大页内存来取代传统的 4kb 内存页面， 以适应越来越大的系统内存，让操作系统可以支持现代硬件架构的大页面容量功能。46HugePages_Free0未分配的大页面数量47HugePages_Rsvd0用于从池中分配的保留大页数，这保证了在发生意外行为时为进程分配48HugePages_Surp0/proc/sys/vm/nr_hugepages中超过特定基值的剩余大页数（number of surplus huge pages above a specific base value in /proc/sys/vm/nr_hugepages）49Hugepagesize2048 kB大页面的默认大小（the default size of huge pages）50Hugetlb0 kB
为各种大小的大页面分配的内存总量（the total amount of memory allocated for huge pages of all sizes）。

DirectMap所统计的不是关于内存的使用，而是一个反映TLB效率的指标。TLB(Translation Lookaside Buffer)是位于CPU上的缓存，用于将内存的虚拟地址翻译成物理地址，由于TLB的大小有限，不能缓存的地址就需要访问内存里的page table来进行翻译，速度慢很多。为了尽可能地将地址放进TLB缓存，新的CPU硬件支持比4k更大的页面从而达到减少地址数量的目的， 比如2MB，4MB，甚至1GB的内存页，视不同的硬件而定。所以DirectMap其实是一个反映TLB效率的指标。
51DirectMap4k51896 kB内核映射的以 4 kB 页为单位的内存总量（the total amount of memory mapped by the kernel in 4 kB pages）52DirectMap2M2945024 kB内核映射的以 2 MB 页为单位的内存总量（the total amount of memory mapped by the kernel in 2 MB pages）53DirectMap1G1048576 kB内核映射的以1GB 页为单位的内存总量

参考：1.The /proc/meminfo File in Linux | Baeldung on Linux

　　　2.linux内存占用分析之meminfo - 个人文章 - SegmentFault 思否

　　 　3.解释 Red Hat Enterprise Linux 的 /proc/meminfo 和 free 输出 - Red Hat Customer Portal