linux内存中buffer与cache的区别

柔情只为你懂 2022-06-13 12:51 237阅读 0赞

因为在一次面试中有人提到，在此引用他人整理好的文章做下详细说明，以供学习。

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free 命令相对于top 提供了更简洁的查看系统内存使用情况：  
　　$ free  
　　    total       used        free    shared  buffers cached  
Mem:    255268      238332      16936       0   85540   126384  
\-/+ buffers/cache:  26408       228860  
Swap:   265000      0           265000  
　　Mem：表示物理内存统计  
　　-/+ buffers/cached：表示物理内存的缓存统计  
　　Swap：表示硬盘上交换分区的使用情况，这里我们不去关心。  
　　系统的总物理内存：255268Kb（256M），但系统当前真正可用的内存b并不是第一行free 标记的 16936Kb，它仅代表未被分配的内存。  
　　我们使用total1、used1、free1、used2、free2 等名称来代表上面统计数据的各值，1、2 分别代表第一行和第二行的数据。  
　　total1：    表示物理内存总量。  
　　used1：     表示总计分配给缓存（包含buffers 与cache ）使用的数量，但其中可能部分缓存并未实际使用。  
　　free1：     未被分配的内存。  
　　shared1：   共享内存，一般系统不会用到，这里也不讨论。  
　　buffers1：  系统分配但未被使用的buffers 数量。  
　　cached1：   系统分配但未被使用的cache 数量。buffer 与cache 的区别见后面。  
　　used2：     实际使用的buffers 与cache 总量，也是实际使用的内存总量。  
　　free2：     未被使用的buffers 与cache 和未被分配的内存之和，这就是系统当前实际可用内存。  
　　可以整理出如下等式：  
　　total1  = used1 + free1  
    total1  = used2 + free2  
    used1   = buffers1 + cached1 + used2  
    free2   = buffers1 + cached1 + free1  
　　buffer 与cache 的区别  
　　A buffer is something that has yet to be "written" to disk.  
    A cache is something that has been "read" from the disk and stored for later use.  
　　更详细的解释参考：Difference Between Buffer and Cache  
　　对于共享内存（Shared memory），主要用于在UNIX 环境下不同进程之间共享数据，是进程间通信的一种方法，一般的应用程序不会申请使用共享内存，笔者也没有去验证共享内存对上面等式的影响。如果你有兴趣，请参考：What is Shared Memory?  
　　cache 和 buffer的区别：  
　　Cache： 高速缓存，是位于CPU与主内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。由于CPU的速度远高于主内存，CPU直接从内存中存取数据要等待一定时间周期，Cache中保存着CPU刚用过或循环使用的一部分数据，当CPU再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用,这样就减少了CPU的等待时间,提高了系统的效率。Cache又分为一级Cache(L1 Cache)和二级Cache(L2 Cache)，L1 Cache集成在CPU内部，L2 Cache早期一般是焊在主板上,现在也都集成在CPU内部，常见的容量有256KB或512KB L2 Cache。  
　　Buffer：缓冲区，一个用于存储速度不同步的设备或优先级不同的设备之间传输数据的区域。通过缓冲区，可以使进程之间的相互等待变少，从而使从速度慢的设备读入数据时，速度快的设备的操作进程不发生间断。  
　　Free中的buffer和cache：（它们都是占用内存）：  
　　buffer: 作为buffer cache的内存，是块设备的读写缓冲区  
　　cache:  作为page cache的内存, 文件系统的cache  
　　如果 cache 的值很大，说明cache住的文件数很多。如果频繁访问到的文件都能被cache住，那么磁盘的读IO bi会非常小。  
   
Buffer和Cache的区别  
                                       
    缓存（cached）是把读取过的数据保存起来，重新读取时若命中（找到需要的数据）就不要去读硬盘了，若没有命中就读硬盘。其中的数据会根据读取频率进行组织，把最频繁读取的内容放在最容易找到的位置，把不再读的内容不断往后排，直至从中删除。  
    缓冲（buffers）是根据磁盘的读写设计的，把分散的写操作集中进行，减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道，从而提高系统性能。linux有一个守护进程定期清空缓冲内容（即写如磁盘），也可以通过sync命令手动清空缓冲。举个例子吧：我这里有一个ext2的U盘，我往里面cp一个3M的MP3，但U盘的灯没有跳动，过了一会儿（或者手动输入sync）U盘的灯就跳动起来了。卸载设备时会清空缓冲，所以有些时候卸载一个设备时要等上几秒钟。  
    修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右边的数字可以在下次开机时调节swap使用策略。该数字范围是0～100，数字越大越倾向于使用swap。默认为60，可以改一下试试。  
    两者都是RAM中的数据。简单来说，buffer是即将要被写入磁盘的，而cache是被从磁盘中读出来的。  
    buffer是由各种进程分配的，被用在如输入队列等方面，一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入，在所有字段被读入完整之前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存。  
    cache经常被用在磁盘的I/O请求上，如果有多个进程都要访问某个文件，于是该文件便被做成cache以方便下次被访问，这样可提供系统性能。