Linux Kernel: buffers和cached的区别

The page cache caches pages of files to optimize file I/O. The buffer cache caches disk blocks to optimize block I/O.

Page Cache缓存文件内容以优化文件I/O，Buffer Cache缓存磁盘blocks以优化block I/O。

注释：Block 块是用来管理磁盘空间的，而Page 页是针对内存管理，从磁盘读出的数据就缓存在内存页中。当一个块被调入到内存中，它要被存储在一个缓冲区中。

Prior to Linux kernel version 2.4, the two caches were distinct: Files were in the page cache, disk blocks were in the buffer cache. Given that most files are represented by a filesystem on a disk, data was represented twice, once in each of the caches. Many Unix systems follow a similar pattern.

Linux kernel 2.4以前，这两个cache的使用是有明显区别的：文件的内容在Page Cache中缓冲，（管理基于磁盘的文件系统的VFS所访问的）blocks在Buffer Cache中缓冲。鉴于大多数的文件都是由基于磁盘的文件系统来存储和表示（represented ）的，这样数据就被CACHE了两次，每个缓存（PageCache & BufferCache）中各表示一次。许多Unix系统都遵循此类的模式。

This is simple to implement, but with an obvious ineleganceand inefficiency. Starting with Linux kernel version 2.4, the contents of the two caches were unified. The VM subsystem now drives I/O and it does so out of the page cache. If cached data has both a file and a block representation—as most data does—the buffer cache will simply point into the page cache; thus only one instance of the data is cached in memory. The page cache is what you picture when you think of a disk cache: It caches file data from a disk to make subsequent I/O faster.

这样易于实现，但存在明显的槽点（CACHE重复）和低效。从Linux kernel 2.4（2.4.10）开始，两个cache中的内容统一了（buffer cache不再真正的存在，实际上buffer cache不再独立分配，而是在page cache中用专门的buffer page来替代，buffer page在形式上就是缓冲区描述符，称为buffer_head）。现在由VM子系统来驱动I/O（并独立于Page Cache）。如果缓冲的数据既有文件表示（file representation）又有块表示（block representation）——大多数数据都是如此——那么buffer cache就简单的指向page cache；这样就仅有一份数据被缓冲在内存中了。当你想象一个磁盘缓存，page cache即是：它缓冲磁盘中的文件数据，以使后续的I/O操作更快。

注释：每个缓冲区与一个块对应，它相当于磁盘块在内存中的表示。在内存页中，有一种叫专门用途的页面叫“缓冲区页”，用来存放块缓冲区。而每个块缓存区由两部分组成：缓冲区首部（用数据结构buffer_head表示）及真正的缓冲区内容（即所存储的数据，这些数据就放在刚刚说到的缓冲区页中）。而文件在内存中由file结构体表示，而磁盘块在内存中是由缓冲区来进行表示的。

The buffer cache remains, however, as the kernel still needs to perform block I/O in terms of blocks, not pages. As most blocks represent file data, most of the buffer cache is represented by the page cache. But a small amount of block data isn't file backed—metadata and raw block I/O for example—and thus is solely represented by the buffer cache.

Buffer cache还被保留，因为内核还要以block为单位（而不是page）来进行block I/O操作。由于大多数情况下block就已经代表了文件数据，所以大多数的buffer cache由page cache来代替了。但还有少量block数据不是文件内容本身——例如文件系统的元数据（metadata）和裸设备（raw） block I/O——这些还是在buffer cache中缓冲的。

注释：由于内核处理块时需要一些信息（比如将CACHE中的脏数据写入到磁盘中，而数据是被文件系统组织存储在block中的），如块属于哪个设备与块对应于哪个缓冲区。所以每个缓冲区都有一个缓冲区描述符，称为buffer_head。它包含了内核操作缓冲区所需要的全部信息。通过buffer_head 可以快速的定位page中独立的blocak在磁盘上的逻辑地址。

See also my answer to What is the difference between Buffers and Cached columns in /proc/meminfo output?

图1：page cache 和 buffer cache 的关系

图2：the buffer cache

原文链接：Linux Kernel: What is the major difference between the buffer cache and the page cache?

参考文章：block(块),page(页),buffer cache（块缓冲）区别与联系

kernel 区别 linux

作者：Walk in Mindfields

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原文地址：Linux Kernel: buffers和cached的区别, 感谢原作者分享。