【linux】free命令中cached和buffers的區別

一、命令

[root@localhost ~]# free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:          7869       7651        218          1        191       5081
-/+ buffers/cache:       2378       5490 
Swap:          478        139        339

二、計算

這裡使用1、2 分別代表第一行和第二行的數據

total1：表示物理 記憶體總量
used1：表示總計分配給緩存（包含buffers 與cache ）使用的數量，但其中可能部分緩存並未實際使用
free1：未被分配的記憶體
shared1：共用記憶體，一般系統不會用到，這裡也不討論
buffers1： 系統分配但未被使用的buffers 數量
cached1：系統分配但未被使用的cache 數量
used2：實際使用的buffers 與cache 總量，也是實際使用的記憶體總量
free2：未被 使用的buffers 與cache 和未被分配的記憶體之和，這就是系統當前實際可用記憶體

可以整理出如下等式

total1 = used1 + free1
total1 = used2 + free2
used1 = buffers1 + cached1 + used2
free2 = buffers1 + cached1 + free1

具體計算

7869 = 7651 + 218
7869 = 2378 + 5490  #7868基本相等，因為有shared)
7651 = 191 + 5081 + 2378 #7650 基本相等，因為有shared)
5490 = 191 + 5081 + 218

為什麼這樣計算呢，因為buffers和cache其實也是記憶體的一部分，這部分特殊的記憶體是可以回收的，甚至如果需要我們還可以將這部分buffers和cache給釋放出來

三、區別

1、page cahe和buffer cache

Page cache實際上是針對文件系統的，是文件的緩存，在文件層面上的數據會緩存到page cache。文件的邏輯層需要映射到實際的物理磁碟，這種映射關係由文件系統來完成。當page cache的數據需要刷新時，page cache中的數據交給buffer cache，但是這種處理在2.6版本的內核之後就變的很簡單了，沒有真正意義上的cache操作。 

Buffer cache是針對磁碟塊的緩存，也就是在沒有文件系統的情況下，直接對磁碟進行操作的數據會緩存到buffer cache中，例如，文件系統的元數據都會緩存到buffer cache中。 
簡單說來，page cache用來緩存文件數據，buffer cache用來緩存磁碟數據。在有文件系統的情況下，對文件操作，那麼數據會緩存到page cache，如果直接採用dd等工具對磁碟進行讀寫，那麼數據會緩存到buffer cache。 

補充一點，在文件系統層每個設備都會分配一個def_blk_ops的文件操作方法，這是設備的操作方法，在每個設備的inode下麵會存在一個radix tree，這個radix tree下麵將會放置緩存數據的page頁。這個page的數量將會在top程式的buffer一欄中顯示。如果設備做了文件系統，那麼會生成一個inode，這個inode會分配ext3_ops之類的操作方法，這些方法是文件系統的方法，在這個inode下麵同樣存在一個radix tree，這裡會緩存文件的page頁，緩存頁的數量在top程式的cache一欄進行統計。從上面的分析可以看出，2.6內核中的buffer cache和page cache在處理上是保持一致的，但是存在概念上的差別，page cache針對文件的cache，buffer是針對磁碟塊數據的cache，僅此而已。 

2、cache 和 buffer的區別

A buffer is something that has yet to be “written” to disk. A cache is something that has been “read” from the disk and stored for later use ; 對於共用記憶體（Shared memory），主要用於在UNIX 環境下不同進程之間共用數據，是進程間通信的一種方法，一般的應用程式不會申請使用共用記憶體

Cache：高速緩存，是位於CPU與主記憶體間的一種容量較小但速度很高的存儲器。由於CPU的速度遠高於主記憶體，CPU直接從記憶體中存取數據要等待一定時間周期，Cache中保存著CPU剛用過或迴圈使用的一部分數據，當CPU再次使用該部分數據時可從Cache中直接調用，這樣就減少了CPU的等待時間，提高了系統的效率。Cache又分為一級Cache（L1 Cache）和二級Cache（L2 Cache），L1 Cache集成在CPU內部，L2 Cache早期一般是焊在主板上，現在也都集成在CPU內部，常見的容量有256KB或512KB L2 Cache

它是根據程式的局部性原理而設計的，就是cpu執行的指令和訪問的數據往往在集中的某一塊，所以把這塊內容放入cache後，cpu就不用在訪問記憶體了，這就提高了訪問速度。當然若cache中沒有cpu所需要的內容，還是要訪問記憶體的

查看CPU的 L1、L2、L3

[root@AY1301180424258d59678 ~]# ll /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/ 
total 0
drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index0 #一級cache中的data和instruction cache
drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index1 #一級cache中的data和instruction cache
drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index2 #二級cache，共用的
drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 26 22:49 index3 #三級cache，共用的 

Buffer：緩衝區，一個用於存儲速度不同步的設備或優先順序不同的設備之間傳輸數據的區域。通過緩衝區，可以使進程之間的相互等待變少，從而使從速度慢的設備讀入數據時，速度快的設備的操作進程不發生間斷。 

3、Free中的buffer和cache （它們都是占用記憶體）基於記憶體的

buffer ：作為buffer cache的記憶體，是塊設備的讀寫緩衝區 

cache：作為page cache的記憶體， 文件系統的cache 

如果 cache 的值很大，說明cache住的文件數很多。如果頻繁訪問到的文件都能被cache住，那麼磁碟的讀IO 必會非常小

如何釋放Cache Memory

To free pagecache:
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
To free dentries and inodes:
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
To free pagecache, dentries and inodes:
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

#註意，釋放前最好sync一下，防止丟失數據，但是一般情況下沒有必要手動釋放記憶體

4、總結

cached是cpu與記憶體間的，buffer是記憶體與磁碟間的，都是為瞭解決速度不對等的問題

• 緩存（cached）是把讀取過的數據保存起來，重新讀取時若命中（找到需要的數據）就不要去讀硬碟了，若沒有命中就讀硬碟。其中的數據會根據讀取頻率進行組織，把最頻繁讀取的內容放在最容易找到的位置，把不再讀的內容不斷往後排，直至從中刪除

• 緩衝（buffers）是根據磁碟的讀寫設計的，把分散的寫操作集中進行，減少磁碟碎片和硬碟的反覆尋道，從而提高系統性能。linux有一個守護進程定期 清空緩衝內容（即寫入磁碟），也可以通過sync命令手動清空緩衝。舉個例子吧：我這裡有一個ext2的U盤，我往裡面cp一個3M的MP3，但U盤的燈 沒有跳動，過了一會兒（或者手動輸入sync）U盤的燈就跳動起來了。卸載設備時會清空緩衝，所以有些時候卸載一個設備時要等上幾秒鐘

• 修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右邊的數字可以在下次開機時調節swap使用策略。該數字範圍是0～100，數字越大越傾向於使用swap。預設為60，可以改一下試試。–兩者都是RAM中的數據

• buffer是由各種進程分配的，被用在如輸入隊列等方面。一個簡單的例子如某個進程要求有多個欄位讀入，在所有欄位被讀入完整之前，進程把先前讀入的欄位放在buffer中保存

• cache經常被用在磁碟的I/O請求上，如果有多個進程都要訪問某個文件，於是該文件便被做成cache以方便下次被訪問，這樣可提高系統性能

• Buffer Cachebuffer cache，又稱bcache，其中文名稱為緩衝器高速緩衝存儲器，簡稱緩衝器高緩。另外，buffer cache按照其工作原理，又被稱為塊高緩