linux buffer与cache区别

Posted 2020-09-12

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

cache 和 buffer的区别：
Cache：

1、高速缓存硬件，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并不是缓存文件的，而是缓存块的(块是I/O读写最小的单元)；Cache一般会用在I/O请求上，如果多个进程要访问某个文件，可以把此文件读入Cache中，这样下一个进程获取CPU控制权并访问此文件直接从Cache读取，提高系统性能。

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。

2、内存中的cache，如os管理的文件系统cache。

Buffer：

缓冲区，只在内存中。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（不用等待，可以先去做其它事情，到一定程度再读取buffer数据）。

Buffer一般是用在写入磁盘的，例如：某个进程要求多个字段被读入，当所有要求的字段被读入之前已经读入的字段会先放到buffer中。

Free中的buffer和cache：
它们都是占用系统内存的。

cache: 作为page cache的内存，是文件系统的cache，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 : 作为buffer cache的内存，是块设备的读写缓冲区。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。

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。

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 会非常小。

参考：http://bbs.chinaunix.net/archiver/tid-478109.htmlhttp://bbs.chinaunix.net/archiver/tid-478109.html

另：

说一下我的理解：
        cache, 是用来加速读取的一种方法。目的是加速读取。物理上，有cpu管理的L1 cache, L2 cache (both data cache and instruction cache)和memory里的cache (如os管理的文件系统cache).

对于cache的访问， 分为cache hit or cache miss. 通常cache越大， cache命中率就越高，访问速度越快。访问者不知道数据是否在cache中。

Buffer，仅指memory的区域， 软件用来保存特定的信息。buffer按需分配，足够保存数据就行了，不求最大。软件有合适的机制，知道数据在buffer里。

补充一点，在文件系统层每个设备都会分配一个def_blk_ops的文件操作方法，这是设备的操作方法。在每个设备的inode下面会存在一个radix tree，这个radix tree下面将会放置缓存数据的page页。这个page的数量将会在top程序的buffer一栏中显示。

如果设备做了文件系统，那么会生成一个inode，这个inode会分配ext3_ops之类的操作方法，这些方法是文件系统的方法。在这个文件系统inode下面同样存在一个radix tree，这里会缓存文件的page页，缓存页的数量在top程序的cache一栏进行统计。

从上面的分析可以看出，2.6内核中的buffer cache和page cache在处理上是保持一致的，但是存在概念上的差别，page cache针对文件的cache，buffer是针对磁盘块数据的cache，仅此而已。