简介
分析了cache能被回收的情况，那么有没有不能被回收的cache呢？当然有。我们先来看第一种情况：
tmpfs
Linux 中有个 tmpfs 作为临时文件系统，可以将内存中的一部分空间作为文件系统使用，常见的是 /dev/shm 这个目录，也可以手动创建。
# mkdir /tmp/ramdisk
# mount -t tmpfs -o size=500M none /tmp/ramdisk
# umount /tmp/ramdisk
因为是文件系统，那么正常来说使用的应该是 Page Cache ，可以通过如下命令进行测试。
# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 15359 4946 9437 686 974 9371
Swap: 4095 427 3668
# dd if=/dev/zero of=/tmp/ramdisk/file bs=1M count=400
400+0 records in
400+0 records out
419430400 bytes (419 MB) copied, 0.243054 s, 1.7 GB/s
# free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 15359 4947 9033 1086 1378 8969
Swap: 4095 427 3668
可以看到 shared buff/cache 有所增加，而 free available 同时减少，如果再次尝试释放内存仍然是无效的，只有当文件被释放掉之后才能被使用。
# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 3833 750 3083 0 0 49
-/+ buffers/cache: 700 3133
Swap: 4091 410 3681
# dd if=/dev/zero of=/tmp/ramdisk/file bs=1M count=400
400+0 records in
400+0 records out
419430400 bytes (419 MB) copied, 0.208524 s, 2.0 GB/s
# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 3833 1151 2682 0 0 450
-/+ buffers/cache: 700 3133
Swap: 4091 410 3681
共享内存
这是一种常用的进程间通信 (IPC) 方式，不过不能在 Shell 申请和使用，如下是一个简单的测试用例。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/wait.h>
#define MEMSIZE 100 * 1024 * 1024
int main(void)
{
int shmid, rc;
struct shmid_ds buf;
pid_t pid;
char *ptr;
shmid = shmget(IPC_PRIVATE, MEMSIZE, 0600);
if (shmid < 0) {
perror("shmget()");
exit(1);
}
rc = shmctl(shmid, IPC_STAT, &buf);
if (rc < 0) {
perror("shmctl()");
exit(1);
}
printf("shmid: %d\n", shmid);
printf("shmsize: %ld\n", buf.shm_segsz);
pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork()");
exit(1);
} else if (pid == 0) {
ptr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
if (ptr == (void *)-1) {
perror("shmat()");
exit(1);
}
bzero(ptr, MEMSIZE);
strcpy(ptr, "Hello!");
exit(0);
} else {
wait(NULL);
ptr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
if (ptr == (void *)-1) {
perror("shmat()");
exit(1);
}
puts(ptr);
exit(0);
}
return 0;
}
程序很简单，就是申请一块约 400M 的共享内存，然后打开一个子进程对这段共享内存做一个初始化操作，父进程等子进程初始化完之后输出一下共享内存的内容，然后退出。
注意，上述的程序在退出之前并没有删除这段共享内存，同样可以通过 free 命令查看其内存的使用情况。
# free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 15359 5329 9051 686 977 8987
Swap: 4095 427 3668
# ./test
shmid: 491522
shmsize: 419430400
Hello!
# free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 15359 5330 8627 1086 1401 8574
Swap: 4095 427 3668
简单来说，这段共享内存即使没人使用，仍然会长期存放在 cache 中，直到其被删除。删除方法有两种，一种是程序中使用 shmctl(IPC_RMDI) 去删除，或者使用 ipcrm 命令。
----- 查看当前系统的所有共享内存
# ipcs -m
----- 删除指定的共享内存
# ipcrm -m 491522
实际上，内核底层在实现共享内存 (shm)、消息队列 (msg) 和信号量 (sem) 这些 IPC 机制时，使用的都是 tmpfs，这也是为什么共享内存的操作逻辑与 tmpfs 类似的原因。
只是，一般情况下 shm 占用的内存更多。
mmap
该系统函数将一个文件映射到进程的虚拟内存地址，然后就可以用类似操作内存的方式对文件的内容进行操作。
实际上，其使用范围要更广泛些，例如：A) 通过 malloc() 申请内存时，小段内存内核使用 sbrk() 处理，而大段内存使用 mmap()；B) 通过系统调用 exec() 族函数执行时，其本质上是将一个可执行文件加载到内存执行，同样使用 mmap()；C) 同时也可以作为共享内存申请使用。
同样，如下是一个简单的测试程序：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <sys/mman.h>
#define MEMSIZE 400 * 1024 * 1024
#define MMAPFILE "/tmp/mmapfile"
int main()
{
void *ptr;
int fd;
fd = open(MMAPFILE, O_RDWR);
if (fd < 0) {
perror("open()");
exit(1);
}
ptr = mmap(NULL, MEMSIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, fd, 0);
if (ptr == NULL) {
perror("malloc()");
exit(1);
}
printf("%p\n", ptr);
bzero(ptr, MEMSIZE);
sleep(100);
munmap(ptr, MEMSIZE);
close(fd);
exit(1);
}
上述功能很简单，申请一块 400M 的内存，然后等待 100s 后释放，可以用同样的方式查看。
注意，在使用前要先创建一个相应大小的文件 dd if=/dev/zero of=/tmp/mmapfile bs=1M count=400。
同样，在程序退出之后 cached 占用的空间被释放。当使用 mmap() 申请标志状态为 MAP_SHARED 的内存时，内核也是使用的 cache 进行存储的。
实际上，mmap() 的 MAP_SHARED 方式申请的内存，在内核中也是由 tmpfs 实现的。
总结
简单来说，shmget mmap 的共享内存，在内核层都是通过 tmpfs 实现的，而 tmpfs 实现的存储用的都是 cache ，这样只有当使用的空间被删除之后对应的内存才可能会被删除。