linux free命令中buffer与cache的区别

本文详细解析了Linux环境中buffer与cache的概念、用途及区别,包括buffer的作用于设备间数据传输,cache在CPU与主内存间的高效数据存储,以及它们在系统内存使用情况中的体现。同时介绍了如何释放缓存内存以解决内存不足的问题。

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linux free命令中buffer与cache的区别
 
~$ free
                    total             used           free     shared   buffers     cached
Mem:       1025204     981636      43568          0      38244     387808
-/+ buffers/cache:       555584      469620
Swap:      1931256    162948      1768308  www.2cto.com  
 
也可以通过$watch free看到动态信息
以上为free命令的输出内容,从中可以得到当前 系统内存使用情况.
系统的可用内存应该看第二行数据,
-buffers/cache=used-buffers-cached
+buffers/cache=free+buffers+cached
 
因为第一行的used包含了系统使用的buffer及cache,而free则没包含buffer及cache,
这部分也是可以使用的部分.
如上所示555584为真正的系统使用内存情况,而469620为系统真正的可用内存情况.
 
下面介绍buffer与cache的差别:
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.
buffer:  www.2cto.com  
   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。
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。
       当你读写文件的时候, Linux内核为了提高读写性能与速度,会将文件在内存中进行缓存,
这部分内存就是Cache Memory(缓存内存)。即使你的程序运行结束后,Cache Memory也不会
自动释放。这就会导致你在Linux系统中程序频繁读写文件后,你会发现可用物理内存会很少。
其实这缓存内存(Cache Memory)在你需要使用内存的时候会自动释放,所以你不必担心没有
内存可用。如果你希望手动去释放Cache Memory也是有办法的。
如何释放Cache Memory(缓存内存), 用下面的命令可以释放Cache Memory:
To free pagecache
     $sync; echo 1>/proc/sys/vm/drop_caches
To free dentries and inodes:  www.2cto.com  
     $sync; echo 2>/proc/sys/vm/drop_caches
To free pagecache, dentries and inodes:
     $sync; echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches
注意,释放前最好sync一下,防止丢失数据。
 
free命令中的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
 
 
作者 yef.zhu
<think>嗯,用户这次问的是Linux内存管理中buffercache区别,这是个经典问题。从引用内容看,用户已经查阅了一些资料,但可能对概念仍有混淆。需要把专业术语转化成容易理解的语言。 用户上次询问的是Linux单用户模式,这次突然转向内存管理,可能是工作中遇到性能问题。考虑到ta能引用技术文档,应该是有一定Linux基础的系统管理员或开发人员。 核心要讲清楚三点:一是数据流向(磁盘←→内存←→应用),二是读写场景差异,三是实际性能影响。引用[3]的解释最准确:Buffer是磁盘块的缓存,Cache是文件内容的缓存。这个区分很关键。 特别要注意引用[5]提到的细节:Buffer其实也用于读磁盘,Cache也用于写文件。这点容易让人困惑,需要举例说明。比如用dd命令直接写磁盘块会经过Buffer,而用vim修改文件则通过Cache。 用户可能真正想知道的是:服务器内存被大量占用时,该优先清理Buffer还是Cache?这需要补充说明内核自动回收机制,但当前问题没问就不展开。 数学公式方面,只需用$...$标注简单符号,比如内存大小$S_{buffer}$。复杂公式反而不利于理解这个主题。最后要生成相关问题帮用户深化学习,比如如何手动释放Cache。</think>在 Linux 内存管理中,**Buffer** 和 **Cache** 都是内存的临时存储区域,用于提升 I/O 性能,但核心区别在于**数据来源和用途**: --- ### 一、核心区别总结 | **特性** | **Buffer (缓冲区)** | **Cache (缓存)** | |----------------|----------------------------------------|--------------------------------------| | **数据来源** | **原始磁盘块**(直接操作磁盘扇区) | **文件内容**(通过文件系统读取/写入) | | **主要用途** | 协调磁盘内存的**读写速度差异** | 减少对**慢速存储设备(如磁盘)的重复访问** | | **典型场景** | - 合并多次小写入为单次大写入<br>- 预读磁盘数据 | - 缓存频繁访问的文件内容<br>- 加速文件读写 | | **数据粒度** | 磁盘块(通常 4KB) | 文件页(通常 4KB) | | **回收优先级** | 内核优先释放 | 内核尽量保留(因重复利用率高) | --- ### 二、技术细节详解 #### 1. **Buffer:磁盘块的临时中转站** - **作用原理**: 当应用**直接读写磁盘块**(如 `dd` 命令操作裸设备)时,数据会暂存于 Buffer。 例如:将 100 个 1KB 的小写操作合并为 1 次 100KB 的大写操作,减少磁盘寻道时间[^3]。 - **数学表示**: 设磁盘写入延迟为 $t_d$,内存操作延迟为 $t_m$($t_d \gg t_m$),通过 Buffer 合并 $n$ 次写操作,总耗时从 $n \cdot t_d$ 降至 $t_d + n \cdot t_m$。 #### 2. **Cache:文件内容的加速层** - **作用原理**: 当应用通过**文件系统**读写文件时(如 `cat file.txt`),文件内容被缓存到 Cache。 例如:首次读取文件需访问磁盘,后续读取直接从 Cache 获取,速度提升 100 倍以上[^3]。 - **数据复用**: 若文件被多次访问,Cache 命中率 $H$ 越高,平均访问时间 $T_{avg}$ 越低: $$T_{avg} = H \cdot t_m + (1-H) \cdot (t_m + t_d)$$ --- ### 三、实际场景对比 | **操作** | **涉及组件** | **原因** | |------------------------|--------------|--------------------------------------------------------------------------| | `dd if=/dev/sda1 of=file` | **Buffer** | 直接读写磁盘块,需缓冲数据以匹配磁盘物理特性 | | `vim file.txt` | **Cache** | 通过文件系统修改文件,内容先写入 Cache(延迟写回磁盘) | | `cp largefile /tmp` | **Cache** | 复制文件时,源文件内容被缓存到 Cache,加速后续读取 | | 数据库裸盘操作 | **Buffer** | 绕过文件系统直接操作磁盘,依赖 Buffer 优化 I/O | --- ### 四、性能监控命令 ```bash # 查看 Buffer/Cache 占用 $ free -h total used free shared buff/cache available Mem: 16G 5.1G 1.2G 320M 9.7G 10G # 详细内存统计 $ cat /proc/meminfo Buffers: 1024 kB # Buffer 大小 Cached: 8192 kB # Cache 大小 ``` --- ### 五、关键注意事项 1. **内存回收策略**: - 当应用需要内存时,内核**优先释放 Buffer**(因其数据可直写回磁盘) - **Cache 释放较谨慎**(可能影响正在运行的程序性能)[^5]。 2. **读写混合场景**: BufferCache 可能协同工作,例如写文件时: `应用 → Page CacheCache) → Buffer → 磁盘`[^3][^5]。 3. **性能瓶颈诊断**: - Buffer 使用率高 → 磁盘写压力大(检查磁盘 I/O) - Cache 命中率低 → 文件重复访问率低(优化访问模式或增加内存)[^2][^3]。 ---
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