linux page cache和Disk Buffer原理

一、PageCache和Disk buffer的区别

Page Cache主要用来缓存文件的内容,以Page(4K)为单位组织;

Disk Buffer主要缓存设备的读写,以Block(默认1K)为单位组织管理,

二、DiskBuffer的策略

Disk Buffer有两大功能,预读和回写;

1 disk buffer的预读

预读其实就是利用了局部性原理,具体过程是:对于每个文件的第一个读请求,系统读入所请求的页面并读入紧随其后的少数几个页面(通常是三个页面),这时的预读称为同步预读。对于第二次读请求,如果所读页面不在Cache中,即不在前次预读的页中,则表明文件访问不是顺序访问,系统继续采用同步预读;如果所读页面在Cache中,则表明前次预读命中,操作系统把预读页的大小扩大一倍,此时预读过程是异步的,应用程序可以不等预读完成即可返回,只要后台慢慢读页面即可,这时的预读称为异步预读。任何接下来的读请求都会处于两种情况之一:第一种情况是所请求的页面处于预读的页面中,这时继续进行异步预读;第二种情况是所请求的页面处于预读页面之外,这时系统就要进行同步预读。

2. disk buffer的回写方式

i). pdflush模式(2.6.32内核以前)

下面两种情况下,脏页会被写回到磁盘:

  • 在空闲内存低于一个特定的阈值时,内核必须将脏页写回磁盘,以便释放内存。
  • 当脏页在内存中驻留超过一定的阈值时,内核必须将超时的脏页写会磁盘,以确保脏页不会无限期地驻留在内存中。

回写开始后,pdflush会持续写数据,直到满足以下两个条件:

  • 已经有指定的最小数目的页被写回到磁盘。
  • 空闲内存页已经回升,超过了阈值。

ii). bdi_writeback机制

bdi_writeback机制主要解决了原有fdflush机制存在的一个问题:在多磁盘的系统中,pdflush管理了所有磁盘的Cache,从而导致一定程度的I/O瓶颈。bdi_writeback机制为每个磁盘都创建了一个线程,专门负责这个磁盘的Page Cache的刷新工作,从而实现了每个磁盘的数据刷新在线程级的分离,提高了I/O性能。

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