Linux 操作系统原理 — 内存 — Cache 和 Buffer

范桂飓

于 2020-05-02 22:29:13 发布

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分类专栏：软硬件融合加速技术专栏

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本文探讨了Linux操作系统中的Cache和Buffer的区别及其作用，解释了为何需要缓存以提升系统性能。Linux内核利用内存作为Page Cache，通过Write back机制实现异步更新，以减少磁盘访问。此外，文章还介绍了缓存同步机制，包括Write Through和Write back，以及Linux如何处理脏页的写回策略。

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无处不在的 Cache

限于存储介质的存取速率和成本，现代计算机的存储结构呈现为金字塔型。越往塔顶，存取效率越高、但成本也越高，所以容量也就越小。得益于程序访问的局部性原理，这种节省成本的做法也能取得不俗的运行效率。从存储器的层次结构以及计算机对数据的处理方式来看，上层一般作为下层的 Cache 层来使用（广义上的 Cache）。

比如寄存器缓存 CPU Cache 的数据，CPU Cache L1~L3 层视具体实现彼此缓存或直接缓存内存的数据，而内存往往缓存来自本地磁盘的数据。本文主要讨论磁盘 IO 操作，故只聚焦于 Local Disk 的访问特性和其与 DRAM 之间的数据交互。

Cache 和 Buffer 的区别在哪里？

Cache 和 Buffer 是两个不同的概念，简单的说，Cache 是加速 “读”，而 Buffer 是缓冲 “写”，前者解决读的问题，保存从磁盘上读出的数据，后者是解决写的问题，保存即将要写入到磁盘上的数据。在很多情况下，这两个名词并没有严格区分，常常把读写混合类型称为 buffer/ cache。