Cache与Buffer的区别

在很多时候，我们不是很在意cache和buffer这两个概念的区别，头脑中只有一个次“缓冲”。最近在看MySQL的优化，里面经常提及到cache和buffer这两个词，比如query_cache_size,table_open_cache,innodb_buffer_pool_size,join_buffer_size,key_buffer_size,read_buffer_size。

cache和buffer共同目的是提高系统I/O的效率。cache更偏重于读操作的效率，而buffer更多场合是提高写操作的效率。当然，对于cache和buffer，读和写都存在的。

cache：提高读取数据的效率，对于cache而言，经常存在“命中率”这个词与之对应。比如MySQL的query cache，如果出现相同的查询语句，则直接从cache中返回查询结果，即cache命中一次。MySQL不再去访问磁盘读取数据进行查询，减少磁盘的I/O次数。读取内存和读取磁盘的效率不可同日而语。现在的软件实现的缓存机制，如memcached，可以减少Web应用对MySQL服务的查询次数。

buffer：经常使用的一个场景是，把要写入磁盘的数据放入预先申请好buffer(一块内存区)，然后一次性写入磁盘。这样做的好处是把随机I/O转化成顺序I/O，减少磁头的寻道次数和移动次数，可以大幅度提高磁盘的I/O效率。

顺序I/O：从磁盘上连续的物理位置进行读写数据，磁头只需要一次寻址。

随机I/O：从磁盘上不连续的物理位置进行读写数据，每次读写数据需要重新进行寻址，而磁盘操作最消耗时间的就是磁头的寻址操作。

MySQL的InnoDB存储引擎使用事务日志，当事务提交之后，不是立即把更新的数据写入到磁盘，而是写入到事务日志中（内存中）。一段时间之后，根据事务日志再把数据更新到磁盘页面中，这样可可以进行的连续页面写入操作，即把随机I/O转化成顺序I/O。而事务日志也不是每次都写入到磁盘上日志文件中，事务日志申请连续的物理空间，这样也是顺序I写入磁盘。事务日志持久化之后，内存的数据可以慢慢的刷回到磁盘中（flush）。这种预写式日志（write-ahead logging）修改数据需要写两次磁盘。

buffer在MySQL中也可以用作读缓冲区，如read_buffer。对与每个线程而言，buffer是独占的，而cache经常可以在不同线程之间是共享的。cache存在共享的特性，因而cache的生命周期很长，如MySQL的线程缓冲池和查询缓冲池，减少MySQL服务器的开销。相比buffer的生存时间比较短，可能因为线程执行结束而释放掉。

在free、vmstat等t命令中显示的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，更靠近存储设备，或者直接就是disk的缓冲区。

       cache: 作为page cache的内存, 文件系统的cache，是memory的缓冲区

总结来说， cache与buffer他们的使用目的。cache主要目的解决不同的物理设备读写速率差别很大一种缓存机制，如CPU与内存的速率差别很大，它们之间存在高速缓存；内存与硬盘的读写速率也差别也很大，存在磁盘高速缓存（disk cache）。特别是当从低速设备中读取数据的时候，cache能够提高系统的I/O效率，高速设备不必每次等待低速设备的数据传输。如cpu可以从高速缓存cache中取出需要的数据，如果不存在，再去内存RAM中读取数据。cache利用数据访问局部性原理。buffer主要是改变磁盘的数据写入方式。当有数据需要写入磁盘时，不是每次都立即进行，而是先把数据写入buffer，然后一起写入到磁盘中。这样可以把一些随机I/O变成顺序I/O，某些时候也可以减少磁盘（块设备）的I/O次数，提高磁盘的读写效率。