Linux Page cache和buffer cache深入理解

Page cache和buffer cache一直以來是兩個比較容易混淆的概念,在網上也有很多人在爭辯和猜想這兩個cache到底有什麼區別,討論到最後也一直沒有一個統一和正確的結論,在我工作的這一段時間,page cache和buffer cache的概念曾經困擾過我,但是仔細分析一下,這兩個概念實際上非常的清晰。如果能夠了解到這兩個cache的本質,那麼我們在分析io問題的時候可能會更加得心應手。

Page cache實際上是針對檔案系統的,是檔案的快取,在檔案層面上的資料會快取到page cache。檔案的邏輯層需要對映到實際的物理磁碟,這種對映關係由檔案系統來完成。當page cache的資料需要重新整理時,page cache中的資料交給buffer cache,但是這種處理在2.6版本的核心之後就變的很簡單了,沒有真正意義上的cache操作。

Buffer cache是針對磁碟塊的快取,也就是在沒有檔案系統的情況下,直接對磁碟進行操作的資料會快取到buffer cache中,例如,檔案系統的後設資料都會快取到buffer cache中。

簡單說來,page cache用來快取檔案資料,buffer cache用來快取磁碟資料。在有檔案系統的情況下,對檔案操作,那麼資料會快取到page cache,如果直接採用dd等工具對磁碟進行讀寫,那麼資料會快取到buffer cache。

補充一點,在檔案系統層每個裝置都會分配一個def_blk_ops的檔案操作方法,這是裝置的操作方法,在每個裝置的inode下面會存在一個radix tree,這個radix tree下面將會放置快取資料的page頁。這個page的數量將會在top程式的buffer一欄中顯示。如果裝置做了檔案系統,那麼會生成一個inode,這個inode會分配ext3_ops之類的操作方法,這些方法是檔案系統的方法,在這個inode下面同樣存在一個radix tree,這裡會快取檔案的page頁,快取頁的數量在top程式的cache一欄進行統計。從上面的分析可以看出,2.6核心中的buffer cache和page cache在處理上是保持一致的,但是存在概念上的差別,page cache針對檔案的cache,buffer是針對磁碟塊資料的cache,僅此而已。