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Linux系统中的Page cache和Buffer cache

Linux中有两个很容易混淆的概念,pagecachebuffercache,首先简单将一些Linux系统下内存的分布,使用free -m命令可以查看内存分布情况:

[root@localhost ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           3770        1148        1252          17        1369        2377
Swap:          3967           0        3967

内存分布示意图:

Page cache与Buffer Cache作用

  • page cache :页缓存,负责缓存逻辑数据。
  • buffer cache : 块缓存,负责缓存物理数据。

文件存储在磁盘上,存储最小单位是扇区,大小为0.5kb,磁盘读取数据到内存时不会一个一个扇区的读,这样效率太低,而是先将扇区组成小块,这个小块就是buffer cache,大小为1kb,然后将块组织成页(pagecache,4kb)。

读取数据具体流程是:先去读取buffer cache,如果cache空间不够,会通过一定的策略将一些过时或多次未被访问的buffer cache清空。程序在下一次访问磁盘时首先查看是否在buffer cache找到所需块,命中可减少访问磁盘时间。不命中时需重新读入buffer cache。

对buffer cache的写分为两种,一是直接写,这是程序在写buffer cache后也写磁盘,要读时从buffer cache上读,二是后台写,程序在写完buffer cache后并不立即写磁盘,因为有可能程序在很短时间内又需要写文件,如果直接写,就需多次写磁盘了。这样效率很低,而是过一段时间后由后台写,减少了多次访磁盘的时间。

Page cache在linux读写文件时,它用于缓存文件的逻辑内容,从而加快对磁盘上映像和数据的访问。具体说是加速对文件内容的访问,buffer cache缓存文件的具体内容——物理磁盘上的磁盘块,这是加速对磁盘的访问。

Buffer cache是由物理内存分配,Linux系统为提高内存使用率,会将空闲内存全分给buffer cache ,当其他程序需要更多内存时,系统会减少cache大小。

Page cache和Buffer cache的区别

磁盘的操作有逻辑级(文件系统)和物理级(磁盘块),这两种Cache就是分别缓存逻辑和物理级数据的。

假设我们通过文件系统操作文件,那么文件将被缓存到Page Cache,如果需要刷新文件的时候,Page Cache将交给Buffer Cache去完成,因为Buffer Cache就是缓存磁盘块的。

也就是说,直接去操作文件,那就是Page Cache区缓存,用dd等命令直接操作磁盘块,就是Buffer Cache缓存的东西。

Page cache实际上是针对文件系统的,是文件的缓存,在文件层面上的数据会缓存到page cache。文件的逻辑层需要映射到实际的物理磁盘,这种映射关系由文件系统来完成。当page cache的数据需要刷新时,page cache中的数据交给buffer cache,但是这种处理在2.6版本的内核之后就变的很简单了,没有真正意义上的cache操作。

Buffer cache是针对磁盘块的缓存,也就是在没有文件系统的情况下,直接对磁盘进行操作的数据会缓存到buffer cache中,例如,文件系统的元数据都会缓存到buffer cache中。

简单说来,page cache用来缓存文件数据,buffer cache用来缓存磁盘数据。在有文件系统的情况下,对文件操作,那么数据会缓存到page cache,如果直接采用dd等工具对磁盘进行读写,那么数据会缓存到buffer cache。

Buffer(Buffer Cache)以块形式缓冲了块设备的操作,定时或手动的同步到硬盘,它是为了缓冲写操作然后一次性将很多改动写入硬盘,避免频繁写硬盘,提高写入效率。

Cache(Page Cache)以页面形式缓存了文件系统的文件,给需要使用的程序读取,它是为了给读操作提供缓冲,避免频繁读硬盘,提高读取效率。

原文

https://www.cnblogs.com/Courage129/p/14311675.html