pdflush的工作原理及cache介绍

大家知道，在linux操作系统中，写操作是异步的，即写操作返回的时候数据并没有真正写到磁盘上，
而是先写到了系统cache(磁盘高速缓存<注释1>)里，随后由pdflush内核线程将系统中的脏页<注释2>写到磁盘上，在下面几种情况下，
系统会唤醒pdflush回写脏页：

1 、定时方式：
     定时机制定时唤醒pdflush内核线程，周期为/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs ，单位
是(1/100)厘秒(centi  seconds)，每次周期性唤醒的pdflush线程并不是回写所有的脏页，而是只回写变脏时间超过
/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs（单位也是1/100秒）。
注意：变脏的时间是以文件的inode节点变脏的时间为基准的，也就是说如果某个inode节点是10秒前变脏的，
pdflush就认为这个inode对应的所有脏页的变脏时间都是10秒前，即使可能部分页面真正变脏的时间不到10秒，
细节可以查看内核函数wb_kupdate()。

2、 内存不足的时候：
    这时并不将所有的dirty页写到磁盘，而是每次写大概1024个页面，直到空闲页面满足需求为止。

3 、写操作时发现脏页超过一定比例：
    当脏页占系统内存的比例超过/proc/sys/vm/dirty_background_ratio 的时候，write系统调用会唤醒
pdflush回写dirty page,直到脏页比例低于/proc/sys/vm/dirty_background_ratio，但write系统调
用不会被阻塞，立即返回。当脏页占系统内存的比例超过/proc/sys/vm/dirty_ratio的时候， write系
统调用会被被阻塞，主动回写dirty page，直到脏页比例低于/proc/sys/vm/dirty_ratio，这一点在
2.4内核中是没有的。

4 、用户调用sync系统调用：
    这是系统会唤醒pdflush直到所有的脏页都已经写到磁盘为止。

注释1：硬盘和内存之间的Cache就叫做磁盘高速缓存。它是在内存中开辟一块位置，来临时存取硬盘中的数据。这项技术可使计算机读写时的存储系统平均数据传输率提高5－10倍。free命令中cache指的就是磁盘高速缓存

高速缓存<CPU和内存之间>：当CPU处理数据时，它会先到Cache中去寻找，如果数据因之前的操作已经读取而被暂存其中，就不需要再从随机存取存储器（Main memory）中读取数据——由于CPU的运行速度一般比主内存的读取速度快，主存储器周期（访问主存储器所需要的时间）为数个时钟周期。因此若要访问主内存的话，就必须等待数个CPU周期从而造成浪费。

提供“高速缓存”的目的是为了让数据访问的速度适应CPU的处理速度，其基于的原理是内存中“程序执行与数据访问的局域性行为”，即一定程序执行时间和空间内，被访问的代码集中于一部分。为了充分发挥高速缓存的作用，不仅依靠“暂存刚刚访问过的数据”，还要使用硬件实现的指令预测与数据预取技术——尽可能把将要使用的数据预先从内存中取到高速缓存里。

注释2: 脏页－linux内核中的概念，因为硬盘的读写速度远赶不上内存的速度，系统就把读写比较频繁的数据事先放到内存中，以提高读写速度，这就叫高速缓存，linux是以页作为高速缓存的单位，当进程修改了高速缓存里的数据时，该页就被内核标记为脏页，内核将会在合适的时间把脏页的数据写到磁盘中去，以保持高速缓存中的数据和磁盘中的数据是一致的。