Linux buffer 和cache 区别

Posted 2023-04-16

参考技术A

free 的输出包含了物理内存 Mem 和交换分区 Swap 的具体使用情况，比如总内存、已用内存、缓存、可用内存等。其中缓存是 Buffer 和 Cache 两部分的总和 。

其中buffer 和cache 的区别是：

简单来说， Buffer 是对磁盘数据的缓存，而 Cache 是文件数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中。

Buffer 和 Cache 分别缓存磁盘和文件系统的读写数据。

磁盘是一个块设备，可以划分为不同的分区；在分区之上再创建文件系统，挂载到某个目录，之后才可以在这个目录中读写文件。

其实 Linux 中“一切皆文件”，而文章中提到的“文件”是普通文件，磁盘是块设备文件

在读写普通文件时，会经过文件系统，由文件系统负责与磁盘交互；而读写磁盘或者分区时，就会跳过文件系统，也就是所谓的“裸I/O“。这两种读写方式所使用的缓存是不同的，也是本文提到的 Cache 和 Buffer 区别。

Linux操作系统中内存buffer和cache的区别

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
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。
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。 参考技术A 以下内容来自http://os.51cto.com/art/200709/56603.htm

Free

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 cachedMem: 255268 238332 16936 0 85540 126384-/+ buffers/cache: 26408 228860Swap: 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 + free1total1 = used2 + free2used1 = buffers1 + cached1 + used2free2 = 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 必会非常小。