Buffer和Cache的区别

来源：http://zhumeng8337797.blog.163.com/blog/static/100768914201110244740147/
缓存（cached）是把读取过的数据保存起来，重新读取时若命中（找到需要的数据）就不要去读硬盘了，若没有命中就读硬盘。其中的数据会根据读取频率进行组织，把最频繁读取的内容放在最容易找到的位置，把不再读的内容不断往后排，直至从中删除。 
缓 冲（buffers）是根据磁盘的读写设计的，把分散的写操作集中进行，减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道，从而提高系统性能。linux有一个守护进程定期 清空缓冲内容（即写入磁盘），也可以通过sync命令手动清空缓冲。举个例子吧：我这里有一个ext2的U盘，我往里面cp一个3M的MP3，但U盘的灯 没有跳动，过了一会儿（或者手动输入sync）U盘的灯就跳动起来了。卸载设备时会清空缓冲，所以有些时候卸载一个设备时要等上几秒钟。 
修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右边的数字可以在下次开机时调节swap使用策略。该数字范围是0～100，数字越大越倾向于使用swap。默认为60，可以改一下试试。–两者都是RAM中的数据。

简单来说，buffer是即将要被写入磁盘的，而cache是被从磁盘中读出来的。

buffer是由各种进程分配的，被用在如输入队列等方面。一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入，在所有字段被读入完整之前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存。

cache经常被用在磁盘的I/O请求上，如果有多个进程都要访问某个文件，于是该文件便被做成cache以方便下次被访问，这样可提高系统性能。

Buffer Cachebuffer cache，又称bcache，其中文名称为缓冲器高速缓冲存储器，简称缓冲器高缓。另外，buffer cache按照其工作原理，又被称为块高缓。

参考：

[root@localhost libexec]# cat /proc/meminfo 
MemTotal:       255596 kB
MemFree:        105252 kB
Buffers:         62652 kB
Cached:          51580 kB
SwapCached:          0 kB
Active:          95560 kB
Inactive:        38324 kB
HighTotal:           0 kB
HighFree:            0 kB
LowTotal:       255596 kB
LowFree:        105252 kB
SwapTotal:      524280 kB
SwapFree:       524280 kB
Dirty:              36 kB
Writeback:           0 kB
AnonPages:       19668 kB
Mapped:           7372 kB
Slab:            11580 kB
PageTables:       1384 kB
NFS_Unstable:        0 kB
Bounce:              0 kB
CommitLimit:    652076 kB
Committed_AS:    62360 kB
VmallocTotal:   770040 kB
VmallocUsed:      3060 kB
VmallocChunk:   766588 kB
HugePages_Total:     0
HugePages_Free:      0
HugePages_Rsvd:      0
Hugepagesize:     4096 kB

理解linux内存管理，需要深入了解linux内存的各个参数含义和规则，下面介绍一下Linux操作系统中内存buffer和cache的区别。

Free
free 命令相对于top 提供了更简洁的查看系统内存使用情况：

[root@blliu ~]# free -mt
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:          3886       3860         26          0         76       3016
-/+ buffers/cache:        768       3118
Swap:        10236          0      10236
Total:       14123       3860      10262

Mem：表示物理内存统计
-/+ buffers/cached：表示物理内存的缓存统计
Swap：表示硬盘上交换分区的使用情况，这里我们不去关心。

系统的总物理内存：3886M，但系统当前真正可用的内存b并不是第一行free 标记的 26M，它仅代表未被分配的内存。

我们使用total1、used1、free1、used2、free2 等名称来代表上面统计数据的各值，1、2 分别代表第一行和第二行的数据。

total1：表示物理内存总量。
used1：表示总计分配给缓存（包含buffers 与cache ）使用的数量，但其中可能部分缓存并未实际使用。
free1：未被分配的内存。
shared1：共享内存，一般系统不会用到，这里也不讨论。
buffers1：系统分配但未被使用的buffers 数量。
cached1：系统分配但未被使用的cache 数量。buffer 与cache 的区别见后面。
used2：实际使用的buffers 与cache 总量，也是实际使用的内存总量。
free2：未被使用的buffers 与cache 和未被分配的内存之和，这就是系统当前实际可用内存。

可以整理出如下等式：
total1 = used1 + free1total1 = used2 + free2used1 = buffers1 + cached1 + used2free2 = buffers1 + cached1 + free1

buffer 与cache 的区别
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.

更详细的解释参考：Difference Between Buffer and Cache

对 于共享内存（Shared memory），主要用于在UNIX 环境下不同进程之间共享数据，是进程间通信的一种方法，一般的应用程序不会申请使用共享内存，笔者也没有去验证共享内存对上面等式的影响。如果你有兴趣， 请参考：What is Shared Memory?

cache 和 buffer的区别：
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。

Buffer：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。

Free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

如果 cache 的值很大，说明cache住的文件数很多。如果频繁访问到的文件都能被cache住，那么磁盘的读IO bi会非常小。

我们使用的和可不太一样，用top命令得出来的可能不是真实使用的内存，用free命令第二行才是系统真实使用的内存。如 果发现PHP-CGI把你的内存占满了可不要惊慌哦。

Page 和buffer cache一直以来是两个比较容易混淆的概念，在网上也有很多人在争辩和猜想这两个cache到底有什么区别，讨论到最后也一直没有一个统一和正确的结 论，在我工作的这一段时间，page cache和buffer cache的概念曾经困扰过我，但是仔细分析一下，这两个概念实际上非常的清晰。如果能够了解到这两个cache的本质，那么我们在分析io问题的时候可 能会更加得心应手。

Page cache实际上是针对文件系统的，是文件的缓存，在文件层面上的数据会缓存到page cache。文件的逻辑层需要映射到实际的物理磁盘，这种映射关系由文件系统来完成。当page cache的数据需要刷新时，page cache中的数据交给buffer cache，但是这种处理在2.6版本的内核之后就变的很简单了，没有真正意义上的cache操作。

Buffer cache是针对磁盘块的缓存，也就是在没有文件系统的情况下，直接对磁盘进行操作的数据会缓存到buffer cache中，例如，文件系统的元数据都会缓存到buffer cache中。
简单说来，page cache用来缓存文件数据，buffer cache用来缓存磁盘数据。在有文件系统的情况下，对文件操作，那么数据会缓存到page cache，如果直接采用dd等工具对磁盘进行读写，那么数据会缓存到buffer cache。
补充一点， 在文件系统层 每个设备都会分配一个def_blk_ops的文件操作方法，这是设备的操作方法，在每个设备的inode下面会存在一个 radix tree，这个radix tree下面将会放置缓存数据的page页。这个page的数量将会在top程序的buffer一栏中显示。如果设备做了文件系统，那么会生成一个 inode，这个inode会分配ext3_ops之类的操作方法，这些方法是文件系统的方法，在这个inode下面同样存在一个radix tree，这里会缓存文件的page页，缓存页的数量在top程序的cache一栏进行统计。从上面的分析可以看出，2.6内核中的buffer cache和page cache在处理上是保持一致的，但是存在概念上的差别，page cache针对文件的cache，buffer是针对磁盘块数据的cache，仅此而已。

现在不都是只有page cache了吗？ buffer pages其实也是page cache里面的页。只是多了一层抽象，通过buffer_head来进行一些访问管理
对,从算法实现的角度，page cache和buffer cache目前是一样的，但是从功能抽象和具体应用来讲，这两者还是存在区别的，这一点可以从top工具的统计信息中看得出来，关注一下buffer和 cache这两个统计量。
增加一些资料：
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.
在终端中敲入：free
显 示： total  used  free  shared  buffers  cached
Mem:    255268 238332  16936    0      85540    126384
-/+ buffers/cache:26408  228860
系统的总物理内存：255268Kb（256M），但系统 当前真正可用的内存并不是第一行free 标记的 16936Kb，它仅代表未被分配的内存。
我们使用total1、used1、 free1、used2、free2 等名称来代表上面统计数据的各值，1、2 分别代表第一行和第二行的数据。
total1：表示物理 内存总量。
used1：表示总计分配给缓存（包含buffers 与cache ）使用的数量，但其中可能部分缓存并未实际使用。
free1：未被分配的内存。
shared1：共享内存，一般系统不会用到，这里也不讨论。
buffers1： 系统分配但未被使用的buffers 数量。
cached1：系统分配但未被使用的cache 数量。buffer 与cache 的区别见后面。
used2：实际使用的buffers 与cache 总量，也是实际使用的内存总量。
free2：未被 使用的buffers 与cache 和未被分配的内存之和，这就是系统当前实际可用内存。
可以整理出如下等式：
total1 = used1 + free1
total1 = used2 + free2
used1 = buffers1 + cached1 + used2
free2 = buffers1 + cached1 + free1