读书笔记之linux内核设计与实现（14）页高速缓存和页回写

页高速缓存（cache）是Linux内核实现的一种主要磁盘缓存。它主要减少对磁盘的I/O操作。具体的讲，是通过把磁盘中的数据缓存到物理内存中，把对磁盘的访问变为对物理内存的访问。

      页高速缓存是由RAM中的物理页组成的，缓存中每一页都对应着磁盘中的多个块。每当内核开始执行一个页I/O操作时（通常是对普通文件中页大小的块进行磁 盘操作），首先会检查需要的数据是否在高速缓存中，如果在，那么内核就直接使用高速缓存中的数据，从而避免访问磁盘。

       我们可以看一下页高速缓存封装的操作和数据，在页I/O操作中，比如执行read()和write()时，页缓存最常被用到。每次页I/O操作都要处理数据的全部页面，这就需要对一个以上的磁盘块进行操作，所以页高速缓存实际缓存的是页面大小的文件块。

      块I/O操作每次操作一个单独的磁盘块，比如读写索引节点就是一个典型的块I/O操作。内核提供bread()底层函数从磁盘读取单个块，通过缓冲，这些磁盘块被映射到内存中相应的页面上，这样，也就被缓存到页高速缓存里了。

       由此看来，我们可以通过块I/O缓冲区把独立的磁盘块与页告诉缓存联系在一起。

15.1 页高速缓存

       顾名思义，页高速缓存的是页面。缓存中的页来自对正规文件、块设备文件和内存映射文件的读写，如此一来，页告诉缓存内疚包含了最近被访问过的文件的全部页 面。在执行I/O操作之前，比如read()操作，内核会检查数据是否已经在高速缓存中了，如果所需要数据确实在高速缓存中，那么内核可以马上从缓存中得 到所需要的页，而不需要从磁盘中读取数据。

15.4 pdflush后台例程

      由于页高速缓存的缓存作用，写操作实际上会被延迟。当页告诉缓存中的数据比后台存储的数据更新时，那么该数据就被称作脏数据。在内存中累积起来的脏页最终必须被写回磁盘。在以下两种情况发生时，脏页被写回磁盘：

（1）当空闲内存低于一个特定的阀值时，内核必须将脏页写回磁盘，以便释放内存。

（2）当脏页在内存中驻留时间超过一个特定的阀值时，内核 必须将超时的脏页写回磁盘，以确保脏页不会无限期的驻留在内存中。

      首先，pdflush线程在系统中的空闲内存低于一个特定的阀值时，将脏页刷新回磁盘。特定的内存阀值可以通过drity_background_ratio sysctl系统调用设置。

      其次，pdflush后台例程会被周期性唤醒，将那些在内存中驻留时间过长的脏页写出，确保内存中不会有长期存在的脏页。

       系统管理员可以在/proc/sys/vm中设置回写的相关参数，也可以通过sysctl系统调用来设置他们。