linux系統讀寫快取

1. 作業系統快取

在linux世界裡，一切可讀寫裝置都可看作是檔案。檔案cache設計的好壞直接影響著檔案系統和磁碟的效能。

最直觀的是使用free命令看到的cached列。

這裡面的cached列就是作業系統快取，作業系統會把空閒的記憶體拿來做快取，提高系統效能。當然這裡的cached不僅僅快取檔案的資料。

作業系統的cache是通過page的方式管理的，內從管理系統分配和**cache的最小單位是page。這個cache由多個page cache組成，每個page cache又包含多個buffer cache。

vf（虛擬檔案系統）和內從管理系統只與page cache互動，具體的檔案系統和buffer cache互動。

2. 作業系統快取讀寫方式

作業系統預設的讀寫都是有快取的，如果想使用直接io，需要設定direct_io為true。快取可以提高系統的讀取速度，當第一次讀取乙個檔案的時候，作業系統會把檔案內從讀入cache中，然後返回給使用者；第二次讀取的時候首先會從cache中檢查，命中後返回給使用者。

作業系統io有通寫和回寫兩種寫方式：

write through（通寫）

可以理解io通過的地方都寫入。這種方式在寫資料時，先寫cache再寫磁碟，寫磁碟成功後通知磁碟控制器返告知作業系統本次io成功，作業系統再通知上層應用io成功。

write back（回寫）

作業系統把資料寫入cache後便告知上層應用io成功，其實此時並沒有把資料持久化到磁碟介質。何時把cache刷入磁碟由作業系統的實現策略：比如cache空間滿、呼叫sync顯示的把cache刷入磁碟等。

注意：回寫和非同步寫不同，非同步寫在寫成功後會通知呼叫層，而回寫在寫入磁碟後不會通知呼叫層。所以回寫成功只意味著寫入作業系統快取成功了，在返回io返回成功的情況下依然可能丟資料；而非同步寫告訴呼叫層io成功意味著資料已經被持久化到儲存介質中了。

通寫和回寫優缺點：

write through

優點：無丟資料風險：由於返回io成功即表示持久化成功，那麼掉電也不會丟失任何資料，

缺點：寫入速度慢：要寫記憶體和磁碟兩份資料

write back

優點：寫入速度快：只要寫入cache成功即可返回

缺點：有丟資料風險：如果cache中的資料沒有刷入磁碟時斷電，cache中的資料會丟失。

兩種方式應用場景：

write through 一般應用在資料一致性要求高的場合

write back 寫方式一般應用在對一致性要求不高且需要很好讀寫效能場景

下面以cp命令做個例子

a. 初始時系統cache為60m

b. 使用dd命令生成乙個10m的塊裝置，此時iotest.dat資料被快取到cache中，cache變為70m

c. cp iotest.dat iotest.dat.1 會直接從記憶體中讀取iotest.dat檔案，然後寫入到cache中。

難道cache此時快取了兩份iotest.dat的資料？

d. 繼續呼叫cp iotest.dat iotest.dat.2，cache變為了90m。可見cache中寫時快取不會對內容去重，快取了3分相同內容的檔案（iotest.dat iotest.dat.1 iotest.dat.2)。

e. 繼續呼叫cp iotest.dat iotest.dat.1，由於在cache中iotest.dat 和iotest.dat.1都已被快取，所以此處cache不在發生變化。（此處猜測cache支援檔案級別去重，不支援內容去重）