free 详解

Linux free命令详解
2009年07月18日 星期六 13:17
我告诉有朋友我一直用linux.他问我了一下我为什么linux使用的内存这么高.他讲他1G的内在free才232M.讲win xp才用200M的样子.
其实啊.linux的内存是很说究的.
如下显示free是显示的当前内存的使用,-m的意思是M字节来显示内容.我们来一起看看.
$ free -m
 total used free shared buffers cached
Mem: 1002 769 232 0 62 421
-/+ buffers/cache: 286 715
Swap: 1153 0 1153 
第一部分Mem行:
total 内存总数: 1002M
used 已经使用的内存数: 769M
free 空闲的内存数: 232M
shared 当前已经废弃不用，总是0
buffers Buffer 缓存内存数: 62M
cached Page 缓存内存数:421M
关系：total(1002M) = used(769M) + free(232M) 
第二部分(-/+ buffers/cache):
(-buffers/cache) used内存数：286M (指的第一部分Mem行中的used - buffers - cached)
(+buffers/cache) free内存数: 715M (指的第一部分Mem行中的free + buffers + cached)
可见-buffers/cache反映的是被程序实实在在吃掉的内存，而+buffers/cache反映的是可以挪用的内存总数。 
第三部分是指交换分区, 我想不讲大家都明白.
我想大家看了上面,还是很晕.第一部分(Mem)与第二部分(-/+ buffers/cache)的结果中有关used和free为什么这么奇怪.
其实我们可以从二个方面来解释. 
对操作系统来讲是Mem的参数.buffers/cached 都是属于被使用,所以它认为free只有232. 
对应用程序来讲是(-/+ buffers/cach).buffers/cached 是等同可用的，因为buffer/cached是为了提高程序执行的性能，当程序使用内存时，buffer/cached会很快地被使用。
所以,以应用来看看,以(-/+ buffers/cache)的free和used为主.所以我们看这个就好了.另外告诉大家一些常识.Linux为了提高磁盘和内存存取效率, Linux做了很多精心的设计, 除了对dentry进行缓存(用于VFS,加速文件路径名到inode的转换), 还采取了两种主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache。前者针对磁盘块的读写，后者针对文件inode的读写。这些Cache能有效缩短了 I/O系统调用(比如read,write,getdents)的时间。 
记住内存是拿来用的,不是拿来看的.不象windows,无论你的真实物理内存有多少,他都要拿硬盘交换文件来读.这也就是windows为什么常常提示虚拟空间不足的原因.你们想想,多无聊,在内存还有大部分的时候,拿出一部分硬盘空间来充当内存.硬盘怎么会快过内存.所以我们看linux,只要不用swap的交换空间,就不用担心自己的内存太少.如果常常swap用很多,可能你就要考虑加物理内存了.这也是linux看内存是否够用的标准哦. 
如果感兴趣可以进一步参考文件/proc/meminfo，free命令就是根据它的信息生成的。free命令的源码可从procps-xxx-.src.rpm获取，xxx为版本号，比如procps-3.2.3-5.3.src.rpm。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在Linux下些C语言程序，最大的问题就是没有一个好的编程IDE，当然想kdevelop等工具都相当的强大，但我还是习惯使用kdevelop工具，由于没有一个习惯的编程IDE，内存检测也就成了在Linux下编写程序的一个大问题。

　　是不是说没有一种内存检查工具能够在Linux使用呢，也不是，像valgrind工具还是相当不错的。他的下载地址是http://valgrind.org/downloads /current.html#current 下载一个valgrind 3.2.3 (tar.bz2) 工具，按照里面的README提示，安装后就可以使用这个工具来检测内存泄露和内存越界等。这是一个没有界面的内存检测工具，安装后，输入 valgrind ls -l 验证一下该工具是否工作正常（这是README里面的方法，实际上是验证一下对ls -l命令的内存检测），如果你看到一堆的信息说明你的工具可以使用了。

　　在编译你的程序时，请设置-g参数，编译出后使用如下的命令来判断你的程序存在内存泄露：

　　valgrind --tools=memcheck --leak-check=full yourProg在输出信息中就会看到你的内存问题了。关于这些参数是什么意思可以参考valgrind --help 的输出信息。


Linux C 编程内存泄露检测工具(一)：mtrace
前言

所有使用动态内存分配(dynamic memory allocation)的程序都有机会遇上内存泄露(memory leakage)问题，在Linux里有三种常用工具来检测内存泄露的情況，包括：

1. mtrace
2. dmalloc
3. memwatch

1. mtrace

mtrace是三款工具之中是最简单易用的，mtrace是一个C函數，在<mcheck.h>里声明及定义，函数原型为：
void mtrace(void);

其实mtrace是类似malloc_hook的 malloc handler，只不过mtrace的handler function已由系统为你写好，但既然如此，系统又怎么知道你想将malloc/free的记录写在哪里呢？为此，调用mtrace()前要先设置 MALLOC_TRACE环境变量：
#include <stdlib.h>
....
setenv("MALLOC_TRACE", "output_file_name", 1);
...

「output_file_name」就是储存检测结果的文件的名称。

但是检测结果的格式是一般人无法理解的，而只要有安装mtrace的话，就会有一名为mtrace的Perl script，在shell输入以下指令：
mtrace [binary] output_file_name

就会将output_file_name的內容转化成能被理解的语句，例如「No memory leaks」，「0x12345678 Free 10 was never alloc」诸如此类。

例如以下有一函数：(暂且放下single entry single exit的原则)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <mcheck.h>
int main() {
char *hello;

setenv("MALLOC_TRACE", "output", 1);
mtrace();
if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL) {
perror("Cannot allocate memory.");
return -1;
}

return 0;
}

执行后，再用mtrace 将结果输出：
- 0x08049670 Free 3 was never alloc'd 0x42029acc
- 0x080496f0 Free 4 was never alloc'd 0x420dc9e9
- 0x08049708 Free 5 was never alloc'd 0x420dc9f1
- 0x08049628 Free 6 was never alloc'd 0x42113a22
- 0x08049640 Free 7 was never alloc'd 0x42113a52
- 0x08049658 Free 8 was never alloc'd 0x42113a96

Memory not freed:
-----------------
Address Size Caller
0x08049a90 0x1 at 0x80483fe

最后一行标明有一个大小为1 byte的内存尚未释放，大概是指「hello」吧。
若我们把该段内存释放：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <mcheck.h>
int main() {
char *hello;

setenv("MALLOC_TRACE", "output", 1);
mtrace();
if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL) {
perror("Cannot allocate memory.");
return -1;
}

free(hello);
return 0;
}

结果如下：
- 0x080496b0 Free 4 was never alloc'd 0x42029acc
- 0x08049730 Free 5 was never alloc'd 0x420dc9e9
- 0x08049748 Free 6 was never alloc'd 0x420dc9f1
- 0x08049668 Free 7 was never alloc'd 0x42113a22
- 0x08049680 Free 8 was never alloc'd 0x42113a52
- 0x08049698 Free 9 was never alloc'd 0x42113a96
No memory leaks.

mtrace的原理是记录每一对malloc-free的执行，若每一个malloc都有相应的free，则代表没有内存泄露，对于任何非malloc/free情況下所发生的内存泄露问题，mtrace并不能找出来。


Memwatch简介

在三种检测工具当中，设置最简单的算是memwatch，和dmalloc一样，它能检测未释放的内存、同一段内存被释放多次、位址存取错误及不当使用未分配之内存区域。请往http://www.linkdata.se/sourcecode.html下载最新版本的Memwatch。
安装及使用memwatch

很幸运地，memwatch根本是不需要安装的，因为它只是一组C程序代码，只要在你程序中加入memwatch.h，编译时加上-DMEMWATCH -DMW_STDIO及memwatch.c就能使用memwatch，例如：
gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test.c memwatch.c -o test


memwatch输出結果

memwatch 的输出文件名称为memwatch.log，而且在程序执行期间，所有错误提示都会显示在stdout上，如果memwatch未能写入以上文件，它会尝试写入memwatchNN.log，而NN介于01至99之间，若它仍未能写入memwatchNN.log，则会放弃写入文件。

我们引用第一篇(mtrace)中所使用过的有问题的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <memwatch.h>
int main() {
char *hello;

setenv("MALLOC_TRACE", "output", 1);
mtrace();
if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL) {
perror("Cannot allocate memory.");
return -1;
}

return 0;
}

然后在shell中输入以下编译指令：
gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test.c memwatch.c -o test

memwatch.log的內容如下：
============= MEMWATCH 2.71 Copyright (C) 1992-1999 Johan Lindh =============

Started at Sat Jun 26 22:48:47 2004

Modes: __STDC__ 32-bit mwDWORD==(unsigned long)
mwROUNDALLOC==4 sizeof(mwData)==32 mwDataSize==32


Stopped at Sat Jun 26 22:48:47 2004

unfreed: <1> test.c(9), 1 bytes at 0x805108c {FE .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .}

Memory usage statistics (global):
N)umber of allocations made: 1
L)argest memory usage : 1
T)otal of all alloc() calls: 1
U)nfreed bytes totals : 1

文件指出，在test.c被执行到第9行时所分配的内存仍未被释放，该段内存的大小为1 byte。
Memwatch使用注意

Memwatch 的优点是无需特別配置，不需安装便能使用，但缺点是它会拖慢程序的运行速度，尤其是释放内存时它会作大量检查。但它比mtrace和dmalloc多了一项功能，就是能模拟系统内存不足的情況，使用者只需用mwLimit(long num_of_byte)函数来限制程式的heap memory大小(以byte单位)。