Linux中Buffer和Cache的区别

Linux中Buffer和Cache的区别

free命令中会有一项buff/cache,

通过man free可以看到这里的关于buff/cache的介绍

buff/cache包含两部分

buffers:内核缓存区用到的内存，对应/proc/meminfo中Buffers的值

cache:内核页缓存和Slab用到的内存，对应/proc/meminfo中Cached与SReclaimable之和。

执行man proc可以看到关于/proc/meminfo的说明。

Buffers是对原始磁盘块的临时缓存，通常不会特别大（20M左右）。

Cached是从磁盘读取文件的页缓存

SReclaimable是Slab的一部分。

Slab包括两部分，其中的可回收部分，用SReclaimable记录，而不可回收的部分，用SUnreclaim表示。

案例:

基于Ubuntu 20.04.1 LTS

执行apt install sysstat,安装sysstat包。

写入场景：

执行echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches清空系统缓存。

写入/proc/sys/vm/drop_caches表示清理文件页，目录项，Inodes等各种缓存。

执行vmstat 1每1秒输出1组数据。

buff 和 cache 就是我们前面看到的 Buffers 和 Cache，单位是 KB。

bi 和 bo 则分别表示块设备读取和写入的大小，单位为块 / 秒。因为 Linux 中块的大小是 1KB，所以这个单位也就等价于 KB/s。

1.1、将数据写入文件测试

新开一个shell窗口，执行 dd if=/dev/urandom of=/tmp/file bs=1M count=500,通过读取随机设备，生成一个 500MB 大小的文件。

回到vmstat的窗口，会看到在 dd 命令运行时， Cache 在不停地增长，而 Buffer 基本保持不变。

可以看到cache刚开始增长，块设备 I/O 很少。而过一段时间后，才会出现大量的块设备写。

由于dd命令写出512000KB,所以bo的大小至少会等于512000KB，有可能会大于这个值，这是由于系统中其他进程也会写文件，比如第一行的bo的380。

多次执行的话，就会看到dd命令对应的bo的值就是512000KB。

这里也可以看到cache先增长，后面才会有bo增长。这是由于先写入cache缓存, 此时不会和磁盘进行交互, 当需要将缓存数据刷入磁盘时, 才会发生块写入此时bo值会升高

1.2、将数据写入磁盘测试

echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
dd if=/dev/urandom of=/dev/sdb1 bs=1M count=2048 #注意:这个是直接写到磁盘上，会导致历史数据全部丢失。建议找一个空盘测试

再次观察vmstat的记录，可以看到buff 和 cache 都在增长，但显然 buff 的增长快得多。

这里的结果和man命令的说明是一致的。写文件时会用到 Cache 缓存数据，而写磁盘则会用到 Buffer 来缓存数据。

读取场景：

刚才是文件和磁盘读取时候buff和cache的变化，现在我们再看看写操作的情况。

2.1、从文件中读取数据测试

执行下面的命令。

# 首先清理缓存
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 运行dd命令读取文件数据
dd if=/tmp/file of=/dev/null

再次观察vmstat的记录

就可以看到这次还是cache有明显的增长，也就是我们读取内存的大小(512000KB)，不过这次由于我们是读取，所以bi有明显的增长也会是512000KB。

上面是读取文件，我们再看看读取磁盘。

2.2、从磁盘中读取数据测试

执行下面给的命令

# 首先清理缓存
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 运行dd命令读取文件
dd if=/dev/sda1 of=/dev/null bs=1M count=1024

可以看到，buff和bi有明显的增长。也就是我们读取内容的大小1024000KB。

结论：

从上面也可以看到：

Buffer： 如果没有经过文件系统，直接从磁盘读取、写入数据，就会体现到Buffer中。既可以用作“将要写入磁盘数据的缓存”，也可以用作“从磁盘读取数据的缓存”。

Cache ：如果经过文件系统，从磁盘读取、写入数据，就会体现到Cache中。既可以用作“从文件读取数据的页缓存”，也可以用作“写文件的页缓存”。