linux内核文件cache机制,Linux内核文件Cache机制

在我们使用Linux时，使用free命令观察系统内存使用情况，如下面空间内存为66053100k。可能很多同事都遇到过一个问题，发现随着时间的推移，内存的free越来越小，而cached越来越大；于是就以为是不是自己的程序存在内存泄漏，或者是硬件、操作系统出了问题？显然，从这里看不出用户程序是否有内存泄漏，也不是内核有Bug或硬件有问题。原因是内核的文件Cache机制。实际上文件Cache的实现是页面Cache，本文后续都以页面Cache来描述。

[root@localhost ~]# free

total used free shared buffers cached

Mem: 66053100 1727572 64325528 0 242492 409440

-/+ buffers/cache: 1075640 64977460

Swap: 2097144 0 2097144

当应用程序需要读取文件中的数据时，操作系统先分配一些内存，将数据从存储设备读入到这些内存中，然后再将数据分发给应用程序；当需要往文件中写数据时，操作系统先分配内存接收用户数据，然后再将数据从内存写到磁盘上。文件Cache管理指的就是对这些由操作系统内核分配，并用来存储文件数据的内存管理。

在大部分情况下，内核在读写磁盘时都先通过页面Cache。若页面不在Cache中，新页加入到页面Cache中，并用从磁盘上读来的数据来填充页面。如果内存有足够的内存空间，该页可以在页面Cache长时间驻留，其他进程再访问该部分数据时，不需要访问磁盘。这就是free命令显示内核free值越来越小，cached值越来越大的原因。

同样，在把一页数据写到块设备之前，内核首先检查对应的页是否已经在页面Cache中；如果不在，就在页面Cache增加一个新页面，并用要写到磁盘的数据来填充。数据的I/O传输并不会立即开始执行，而是会延迟几秒左右；这样进程就有机会进一步修改写到磁盘的数据。

内核的代码和数据结构不必从磁盘读，也不必写入磁盘。因此页面Cache可能是下面的类型：

含有普通文件数据的页；

含有目录的页；

含有直接从块设备文件(跳过文件系统层)读出的数据页；

含有用户态进程数据的页，但页中的数据已被交换到磁盘；

属于特殊文件系统的页，如进程间通信中的特殊文件系统shm。

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