Buffer和cache的区别是什么？

buffer和cache是两个经常被混为一谈的概念。从直观上说，两者都具备改善系统 I/O 吞吐量的能力，但是这两个概念是有区别的，其提高系统I/O吞吐量的原因也不尽相同。

cache改善系统性能的主要原因是数据访问的 局部性，即，通常应用程序在一段时间内操作的数据集的某个有限的部分，通常是很小的一部分。硬件实现的cache通常会只使用一小块（与主存相比）访问速度很快，但相对比较昂贵的存储部件，并放置于距离CPU较近的位置。

buffer改善系统性能的主要原因是减少不必要的状态切换和设备I/O。由于制造工艺等个方面的原因，系统中不同部件的速度往往是不一样的，一次进行批量的操作（例如，预先读取，或者将写数据凑成一个整数之后再写），往往要比到需要时等待这些操作完成要节省时间，并且有效地降低状态切换导致的开销。

还有一个比较显著的区别是，cache通常是硬件或OS提供，用户程序不需要（多数情况下也没有办法）为其分配存储的机制，通常它在使用者，如用户程序看来是透明的，它属于提供cache的一方而不是其使用者；而buffer往往是由用户程序知道并且与OS共享（换言之，用户程序需要分配一块内存，并告诉OS这块内存将要用于某种操作），或由OS分配，并在主机和外设之间共享（例如网卡的DMA buffer），在使用者看来它通常不是透明的，这些内存往往属于控制内存的程序，如用户程序，或OS，而不是向其传递数据的OS，或硬件。

不过，这个区别主要是传统意义上的cache。最近几年引入的一些新概念，特别是Internet cache并不能用这种方法来区分。我认为最关键的区别其实在于，buffer主要作用是在于减少实际的I/O操作次数，即，将多次操作尽量合并成一次的成批操作，通常其中的数据在操作完成之后，buffer不会被继续使用；而cache的主要作用在于更好地利用局部性原理，减少不必要的I/O，避免代价昂贵（例如，速度很慢）的I/O操作。