buffer和cache的区别

Posted 2023-02-20

参考技术A

其实本来我通过两个单词的翻译，buffer：缓冲，cache：贮藏，可以大致猜到这两个的区别。

但是看了很多博客之后，我开始怀疑自己，他们俩到底是个啥？
为毛每篇都从不同的角度去分析他们的区别，为毛越看越觉得难以理解，为毛这个小东西会这么复杂。

知道我看到了这边文章: 黑匣子 ,才终于收起我烦躁的心。

至少对于我们原生开发来说，理解到这里，就足够了。

我们知道各种硬件存在制作工艺上的差别，所以当两种硬件需要交互的时候，肯定会存在速度上的差异，而且只有交互双方都完成才可以各自处理别的其他事务。

假如现在有两个需要交互的设备A和B，A设备用来交互的接口速率为1000M/s，B设备用来交互的接口速率为500M/s，那他们彼此访问的时候都会出现以下两种情况：（以A来说）

一.A从B取一个1000M的文件结果需要2s，本来需要1s就可以完成的工作，却还需要额外等待1s,B设备把剩余的500M找出来，这等待B取出剩下500M的空闲时间内(1s)其他的事务还干不了

二.A给B一个1000M的文件结果也需要2s，本来需要也就1s就可以完成的工作，却由于B，1s内只能拿500M，剩下的500M还得等下一个1sB来取，这等待下1s的时间还做不了其他事务。

那有什么方法既可以让A在‘取’或‘给’B的时候既能完成目标任务又不浪费那1s空闲等待时间去处理其他事务呢？

机智的同学们大概已经猜到了， 找一个中介不就好了 ！

我们知道产生这种结果主要是因为B跟不上A的节奏。所以可以在A和B之间加一层区域比如说ab，让ab既能跟上A的频率也会照顾B的感受，没错我们确实可以这样设计来磨合接口速率上的差异。

你可以这样想象，在区域ab提供了两个交互接口一个是a接口另一个是b接口，a接口的速率接近A，b接口的速率最少等于B，然后我们把ab的a和A相连，ab的b和B相连，ab就像一座桥把A和B链接起来，并告知A和B通过他都能转发给对方，文件可以暂时存储，最终拓扑大概如下：

现在我们再来看上述两种情况：

对于第一种情况A要B：当A从B取一个1000M的文件，他把需求告诉了ab，接下来ab通过b和B进行文件传送，由于B本身的速率，传送第一次ab并没有什么卵用，对A来说不仅浪费了时间还浪费了感情，ab这家伙很快感受到了A的不满，所以在第二次传送的时候，ab背着B偷偷缓存了一个一模一样的文件，而且只要从B取东西，ab都会缓存一个拷贝下来放在自己的大本营，如果下次A或者其他C来取B的东西，ab直接就给A或C一个货真价实的赝品，然后把它通过a接口给了A或C，由于a的速率相对接近A的接口速率，所以A觉得不错为他省了时间，最终和ab的a成了好基友，说白了此时的ab提供的就是一种缓存能力，即cache，绝对的走私！因为C取的是A执行的结果。所以在这种工作模式下，怎么取得的东西是最新的也是我们需要考虑的，一般就是清cache。例如cpu读取内存数据，硬盘一般都提供一个内存作为缓存来增加系统的读取性能

对于第二种情况A给B：当A发给B一个1000M的文件，因为A知道通过ab的a接口就可以转交给B，而且通过a接口要比通过B接口传送文件需要等待的时间更短，所以1000M通过a接口给了ab ，站在A视图上他认为已经把1000M的文件给了B，但对于ab并不立即交给B，而是先缓存下来，除非B执行sync命令，即使B马上要，但由于b的接口速率最少大于B接口速率，所以也不会存在漏洞时间，但最终的结果是A节约了时间就可以干其他的事务，说白了就是推卸责任，哈哈而ab此时提供的就是一种缓冲的能力，即buffer，它存在的目的适用于当速度快的往速度慢的输出东西。例如内存的数据要写到磁盘，cpu寄存器里的数据写到内存。

看了上面这个例子，那我们现在看一下在计算机领域，在处理磁盘IO读写的时候，cpu，memory，disk基于这种模型给出的一个实例。我们先来一幅图：（我从别家当来的，我觉得，看N篇文档 不如瞄此一图）

page cache：文件系统层级的缓存，从磁盘里读取的内容是存储到这里，这样程序读取磁盘内容就会非常快，比如使用grep和find等命令查找内容和文件时，第一次会慢很多，再次执行就快好多倍，几乎是瞬间。但如上所说，如果对文件的更新不关心，就没必要清cache，否则如果要实施同步，必须要把内存空间中的cache clean下

buffer cache：磁盘等块设备的缓冲，内存的这一部分是要写入到磁盘里的。这种情况需要注意，位于内存buffer中的数据不是即时写入磁盘，而是系统空闲或者buffer达到一定大小统一写到磁盘中，所以断电易失，为了防止数据丢失所以我们最好正常关机或者多执行几次sync命令，让位于buffer上的数据立刻写到磁盘里。

深入研究：
　　
1.buffers和cache也是RAM划分出来的一部分地址空间

2.buffers和cache的地址空间也可作为空闲内存的组成部分，这意味着我们可以通过向内核传参释放一部分内存给其他进程

3.由于buffers/cache 是一种动态的内存地址空间，所以已用空间和空余空间有绝对使用，绝对空余空间，算上buffers/cache的相对已用空间和相对空余空间四个概念。

结论：
1.buffer和cache都是为了解决互访的两种设备存在速率差异，使磁盘的IO的读写性能或cpu更加高效，减少进程间通信等待的时间

2.buffer：缓冲区-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，通过buffer可以减少进程间通信需要等待的时间，当存储速度快的设备与存储速度慢的设备进行通信时，存储快的设备先把数据缓存到buffer上，等到系统统一把buffer上的数据写到速度慢的设备上。常见的有把内存的数据往磁盘进行写操作，这时你可以查看一下buffers

3.cache：缓存区-用于对读取速度比较严格，却因为设备间因为存储设备存在速度差异，而不能立刻获取数据，这时cache就会为了加速缓存一部分数据。常见的是CPU和内存之间的数据通信，因为CPU的速度远远高于主内存的速度，CPU从内存中读取数据需等待很长的时间，而Cache保存着CPU刚用过的数据或循环使用的部分数据，这时Cache中读取数据会更快，减少了CPU等待的时间，提高了系统的性能。