内核的文件cache

资料参考及出处

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cache/index.html

作用

解决“速度不匹配”的问题，最终是为了提升系统性能；

CPU运算和内存操作比，CPU运算更快，内存操作和硬件IO操作比，内存操作更快，……

依赖于“程序运行的局部性原理”，数据使用的28原理，使得可以在这些相对快速和慢速的设备之间，做一个缓存，

通过采用“预读，异步读写，读写请求合并”等等一系列的机制，尽量去达到一个目标，就是：尽量少操作，少等待那个“慢”的设备，

从而提升整个系统的性能。

原理

首先区分开cache的含义，先明确说的是哪里的cache。

CPU cache解决的是CPU和内存之间的速度匹配问题，内核中的文件cache解决的是内存操作和外部介质IO的速度问题。

这里说的是内核中文件cache。

系统内部原理主要如下：

VFS，负责应用程序和文件cache之间通过read/write行数据交换；

内存管理系统，负责文件cache的分配和回收，同时VMM允许应用程序以mmap的方式访问文件cache；

具体的文件系统（EXT2/3等），负责文件cache和存储设备之间的数据交换；

文件的每个数据块最多只能对应一个 Page Cache 项，假定为4K；

每一个 Page Cache 包含若干 Buffer Cache，假定为1K；

可见实际buffer这层的cache对应的磁盘位置不一定是连续的；

预读的控制思想是，首次预读一个group，如果下次的读命中了，那就放大这个group，否则就该是继续预读group大小。

Cache 管理的优劣通过两个指标衡量：

一是 Cache 命中率：

这一项主要是每次的读写命中率，只有命中了才能用cache替代磁盘IO，才有性能提升的说法。

二是有效 Cache 的比率：

这一项主要是预读的效率，假如预读上来的如果都是无效cache，也就是不会被命中的，那么就是既白耗费了磁盘的读带宽，又白耗费了内存。