2025-02-18
在编程的时候，经常听见buffer和cache，很多时候我们都不区分它们。但在操作系统中，它们是完全不同的两个概念。下面我带大家来看看它们两个到底是什么多西？
下面是free -h的输出。可以看到有buff/cache的输出信息
total used free shared buff/cache available
Mem: 30Gi 10Gi 4.8Gi 938Mi 16Gi 20Gi
Swap: 15Gi 1.0Gi 15Gi
通过man free来查看:
buffers
Memory used by kernel buffers (Buffers in /proc/meminfo)
cache
Memory used by the page cache and slabs (Cached and SReclaimable in /proc/meminfo)
可以知道buff/cache的信息都是从/proc/memeinfo文件中获取的。buffer是内核使用的缓冲区。cache是页缓存和slab管理的缓存。不过给出的信息还是比较模糊的，需要进一步进行探索。
通过man proc_meminfo。
Buffers %lu
Relatively temporary storage for raw disk blocks that shouldn't get tremendously large (20 MBor so).
Cached %lu
In-memory cache for files read from the disk (the page cache). Doesn't include SwapCached.
上面就更加详细的说明了buffer了。它是磁盘的写缓冲区，且每个buffer块大小不能大于20M。而cache是磁盘的*读缓存页，并且不包括交换缓存。
通过上面的内容还是没法很好的理解buff/cache的含义。下面通过一个实验更进一步探索。
清空缓存：echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
启动vmstat监控虚拟内存使用情况：vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- -------cpu-------
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st gu
0 0 268 2376920 4912 419948 0 0 0 0 283 104 0 0 100 0 0 0
0 0 268 2377264 4912 419948 0 0 0 0 181 98 0 0 100 0 0 0
0 0 268 2377264 4912 419948 0 0 0 0 169 46 0 0 100 0 0 0
0 0 268 2377560 4912 419948 0 0 0 0 112 34 0 0 100 0 0 0
运行dd if=/dev/urandom of=/tmp/a.dat bs=1M count=1024命令生成一个大文件，看buffer和cache的变化情况。
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- -------cpu-------
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st gu
1 1 268 2381436 5324 419816 0 0 132 0 252 150 0 0 100 0 0 0
2 2 268 2092648 5516 704412 0 0 284 4140 663 250 0 0 85 14 0 0
3 1 268 1725108 5548 1069384 0 0 48 307160 3377 697 0 7 69 23 0 0
1 0 268 1377348 5592 1413124 0 0 704 405504 4158 982 0 10 66 24 0 0
0 0 268 1287428 5628 1496420 0 0 44 331776 1704 412 0 3 85 11 0 0
0 0 268 1284220 7344 1502124 0 0 7372 296 2322 972 0 0 96 3 0 0
在上面的过程中buffer从5M增加到7M，大约2M的增加量。而cache从400M增加11.5G，大约1G的增加量。
运行sudo dd if=/tmp/a.dat of=/dev/zero bs=1M count=1024命令，将一个大文件写入设备，看buffer和cache的变化情况。
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- -------cpu-------
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st gu
0 0 268 2376536 10884 427724 0 0 0 0 142 32 0 0 100 0 0 0
1 0 268 2376536 10884 427724 0 0 0 60 76 24 0 0 100 0 0 0
0 0 268 2376536 10884 427724 0 0 0 0 233 40 0 0 100 0 0 0
0 2 268 1831780 11044 969308 0 0 542020 112 3529 1690 0 2 89 9 0 0
0 0 268 1315820 11060 1476496 0 0 506880 80 3445 1669 1 2 92 5 0 0
0 0 268 1315820 11060 1476496 0 0 0 0 171 27 0 0 100 0 0 0
在上面的过程中buffer从10M增加到11M，大约1M的增加量。而cache从420M增加11.5G，大约1G的增加量。
无论是从磁盘读取文件，还是将文件写入磁盘都会使用buffer和cache。而且cache的使用量远大于buffer的使用量。 因为内存的访问速度比磁盘要块。cache可以很快使用完被释放，短时间的大量使用是能够接受的。而buffer写入磁盘的速度较慢，分配过多内存会长时间得不到释放，严重影响机器的性能。