Buffer cache和page cache的区别

 Page cache和buffer cache到底有什么区别呢？很多时候我们不知道系统在做IO操作的时候到底是走了page cache还是buffer cache？其实，buffer cache和page  cache是Linux中两个比较简单的概念，在此对其总结说明。

Page cache是vfs文件系统层的cache，例如 对于一个ext3文件系统而言，每个文件都会有一棵radix树管理文件的缓存页，这些被管理的缓存页被称之为page cache。所以，page cache是针对文件系统而言的。例如，ext3文件系统的页缓存就是page cache。Buffer cache是针对设备的，每个设备都会有一棵radix树管理数据缓存块，这些缓存块被称之为buffer cache。通常对于ext3文件系统而言，page cache的大小为4KB，所以ext3每次操作的数据块大小都是4KB的整数倍。Buffer cache的缓存块大小通常由块设备的大小来决定，取值范围在512B~4KB之间，取块设备大小的最大公约数。具体关于buffer cache的块大小问题可以参见我的另一篇博文《Linux中Buffer cache性能问题一探究竟》。

这里我们可以通过一个小实验来观察一下buffer cache和page cache的差别。运行top命令，我们可以看到实验机器当前内存使用情况：

可以看出内存总容量为16GB左右，page cache用了将近10GB（10209072K-303796K），buffer cache用了300MB（303796K），其余6GB（6255076K）空闲剩余。在这种情况下，如果对设备dm0进行裸盘写操作，即运行如下命令：

dd if=/dev/zero of=/dev/dm0 count=4096

那么，我么可以通过top命令发现，buffer cache的容量越来越大，空闲内存越来越少，相当一部分内存被buffer cache占用，并且在IO操作的过程中发现bdi（flush-254:176）线程在繁忙的进行数据回刷操作。

经过一段时间以后，大约6GB（6401432KB）的内存被buffer cache占用，89MB（89312KB）内存空闲，其余大约10GB（16374836KB - 6401432KB）的内存还是被page cache占用。通过这个实验，可以说明对于裸盘的读写操作会占用buffer cache，并且当读写操作完成之后，这些buffer cache会归还给系统。为了验证page cache的占用情况，我做了文件系统级的读写操作，运行如下命令进行文件系统写操作：

cp /dev/zero ./test_file

这是一次文件拷贝操作，因此会采用page cache对文件数据进行缓存。通过top工具我们可以看出在数据拷贝的过程中，page cache的容量越来越大，空闲内存数量急剧下降，而buffer cache保持不变。

拷贝一定时间之后，空闲内存将为1.9GB（1959468KB），文件系统page cache增长为将近14.5GB（14504680KB – 235108KB），buffer cache维持在235MB左右（235108KB）。

 

由此我们可以得出，page cache和buffer cache最大的差别在于：page cache是对文件数据的缓存；buffer cache是对设备数据的缓存。两者在实现上差别不是很大，都是采用radix树进行管理。