Linux中Buffer和Cache的区别

 

 

1. Cache：缓存区，是高速缓存，是位于CPU和主内存之间的容量较小但速度很快的存储器，由于CPU的速度远远高于主内存的速度，CPU从内存中读取数据需等待很长的时间，而  Cache保存着CPU刚用过的数据或循环使用的部分数据，这时从Cache中读取数据会更快，减小了CPU等待的时间，提升了系统的性能。

    Cache并非缓存文件的，而是缓存块的(块是I/O读写最小的单元)；Cache通常会用在I/O请求上，若是多个进程要访问某个文件，能够把此文件读入Cache中，这样下一个进程获取CPU控制权并访问此文件直接从Cache读取，提升系统性能。

2. Buffer：缓冲区，用于存储速度不一样步的设备或优先级不一样的设备之间传输数据；经过buffer能够减小进程间通讯须要等待的时间，当存储速度快的设备与存储速度慢的设备进行通讯时，存储慢的数据先把数据存放到buffer，达到必定程度存储快的设备再读取buffer的数据，在此期间存储快的设备CPU能够干其余的事情。

Buffer：通常是用在写入磁盘的，例如：某个进程要求多个字段被读入，当全部要求的字段被读入以前已经读入的字段会先放到buffer中。

 

 

假设某地发生了天然灾害（好比地震），居民缺衣少食，因而派救火车去给若干个居民点送水。
救火车到达第一个居民点，开闸放水，老百姓就拿着盆盆罐罐来接水。
假如说救火车在一个居民点停留100分钟放完了水，而后从新储水花半个小时，再开往下一个居民点。这样一个白天来来来回回的，也就是4-5个居民点。
但咱们想一想，救火车是何等存在，若是把水龙头彻底打开，其强大的水压能轻易冲上10层楼以上， 10分钟就能够把水所有放完。但由于居民是拿盆罐接水，100%打开水龙头那就是给人洗澡了，因此只能打开一小部分（好比10%的流量）。但这样就下降了放水的效率（只有原来的10%了），10分钟变100分钟。
那么，咱们是否能改进这个放水的过程，让救火车以最高效率放完水、尽快赶往下一个居民点呢？
方法就是：在居民点建蓄水池。
救火车把水放到蓄水池里，由于是以100%的效率放水，10分钟结束而后走人。居民再从蓄水池里一点一点的接水。
咱们分析一下这个例子，就能够知道Cache的含义了。
救火车要给居民送水，居民要从救火车接水，就是说居民和救火车之间有交互，有联系。
但救火车是“高速设备”，居民是“低速设备”，低速的居民跟不上高速的救火车，因此救火车被迫下降了放水速度以适应居民。
为了不这种状况，在救火车和居民之间多了一层“蓄水池（也就是Cache）”，它一方面以100%的高效和救火车打交道，另外一方面以10%的低效和居民打交道，这就解放了救火车，让其以最高的效率运行，而不被低速的居民拖后腿，因而救火车只须要在一个居民点停留10分钟就能够了。
因此说，蓄水池是“活雷锋”，把高效留给别人，把低效留给本身。把10分钟留给救火车，把100分钟留给本身。

从以上例子能够看出，所谓Cache，就是“为了弥补高速设备和低速设备之间的矛盾”而设立的一个中间层。由于在现实里常常出现高速设备要和低速设备打交道，结果被低速设备拖后腿的状况。

以PC为例。CPU速度很快，但CPU执行的指令是从内存取出的，计算的结果也要写回内存，但内存的响应速度跟不上CPU。
CPU跟内存说：你把某某地址的指令发给我。内存听到了，但由于速度慢，迟迟不见指令返回，这段时间，CPU只能无所事事的等待了。这样一来，再快的CPU也发挥不了效率。
怎么办呢？在CPU和内存之间加一块“蓄水池”，也就是Cache（片上缓存），这个Cache速度比内存快，从Cache取指令不须要等待。
当CPU要读内存的指令的时候先读Cache再读内存，但一开始Cache是空着的，只能从内存取，这时候的确是很慢，CPU须要等待。
但从内存取回的不只仅是CPU所须要的指令，还有其它的、当前不须要的指令，而后把这些指令存在Cache里备用。
CPU再取指令的时候仍是先读Cache，看看里面有没有所需指令，若是碰巧有就直接从Cache取，不用等待便可返回（命中），这就解放了CPU，提升了效率。（固然不会是100%命中，由于Cache的容量比内存小）

CPU的Cache，能够有好几层，并且还分数据Cache和指令Cache

磁盘缓存也是同样，刚才说内存是慢速设备，因此须要片上缓存，但这个“慢”是相对于CPU而言的，相对于机械硬盘HDD，内存的速度可快多了。
对于磁盘的读写操做，在好久之前，读写过程须要CPU参与，后来出现了“DMA/直接内存访问"就再也不须要CPU了，但即便如此，高负荷、长时间的磁盘读写也很是的耗时，由于磁盘是机械旋转部件，其读写速度相比CPU和内存条的二进制电压变化速度，那就是蒸汽机和火箭速度的差异。
为了加快数据的读写速度，在磁盘和内存之间也插入一层Cache（Windows在内存里划分出一块区域做为Cache，硬盘也有板载Cache。）
写入数据的时候先写入到Cache里；由于Cache很快，因此数据很快就写入。
比方说，1G的数据，若是直接写入硬盘须要10秒，但写入Cache（也就是系统内存）只须要1秒。
这样一来用户就有了系统速度很快的“幻觉”。但这只是障眼法，数据暂存在Cache里并无被真正写入磁盘，等系统空闲的时候再慢慢写入。
同理，在读数据的时候，除了所需的数据，还有一堆目前不须要的数据也都被读出来放到内存的Cache里。下次再读的时候，若是恰巧Cache里有所需的数据就可直接读入（命中），这就避免了从慢速的HDD读数据的尴尬。用户的体验一样也是速度很快。（一样不会100%命中，由于RAM的容量远小于硬盘容量）

PC有16G的内存，磁盘Cahce占用了3.59G，这是动态的，会自动调整大小

硬盘也内置了Cache。某品牌硬盘的广告强调了大缓存的优点

以上举了3个栗子：蓄水池、CPU的Cache、磁盘的Cache
Cache的存在是为了解决什么问题？速度太慢了，要加快速度！

那么buffer呢？ 请容许我再次举起栗子。
好比说吐鲁番的葡萄熟了，要用大卡车装葡萄运出去卖
果园的姑娘采摘葡萄，固然不是前手把葡萄摘下来,后手就放到卡车上，而是须要一个中间过程“箩筐”：摘葡萄→放到箩筐里→把箩筐里的葡萄倒入卡车。
也就是说，虽然最终目的是“把葡萄倒入卡车”，但中间必需要通过“箩筐”的转手，这里的箩筐就是Buffer。是“暂时存放物品的空间”。
注意2个关键词：暂时，空间
再换句话说，为了完成最终目标：把葡萄放入卡车的空间，须要暂时把葡萄放入箩筐的空间。

以BT为例，BT下载须要长时间的挂机，电脑就有可能24小时连轴转，但BT下载的数据是碎片化的，体如今硬盘写入上也是碎片化的，由于硬盘是机械寻址器件，这种碎片化的写入会形成硬盘长时间高负荷的机械运动，形成硬盘过早老化损坏，当年有大量的硬盘由于BT下载而损坏。
因而新出的BT软件在内存里开辟了Buffer，数据暂时写入Buffer，攒到必定的大小（好比512M）再一次性写入硬盘，这种“化零为整”的写入方式大大下降了硬盘的负荷。
这就是：为了完成最终目标：把数据写入硬盘空间，须要暂时写入Buffer的空间。

再以编程为例，假设要实现一个功能：接受用户键入的字符串，并赋值给一个字符串变量
其过程以下：
1：在内存中开辟一个”键盘缓冲区“接受用户键入的字符串
2：把缓冲区中的字符串copy到程序中定义的字符串变量指向的内存空间（也就是赋值过程）
也就是说，为了完成最终目标：把字符串放入字符串变量指向的空间，须要暂时把字符串放入“键盘缓冲区”的空间。

以上举的3个栗子：箩筐、BT的Buffer，键盘缓冲区的Buffer
Buffer的存在是为了解决什么问题？找个临时的存储空间！

总结：
Cache和Buffer的相同点：都是2个层面之间的中间层，都是内存。
Cache和Buffer的不一样点： Cache解决的是时间问题，Buffer解决的是空间问题。
为了提升速度，引入了Cache这个中间层。
为了给信息找到一个暂存空间，引入了Buffer这个中间层。
为了解决2个不一样维度的问题（时间、空间），恰巧取了同一种解决方法：加入一个中间层，先把数据写到中间层上，而后再写入目标。
这个中间层就是内存“RAM”，既然是存储器就有2个参数：写入的速度有多块（速度），能装多少东西（容量）
Cache利用的是RAM提供的高读写速度，Buffer利用的是RAM提供的存储容量（空间）。

 

一、 Buffer（缓冲区）是系统两端处理 速度平衡（从长时间尺度上看）时使用的。它的引入是为了减少短时间内突发I/O的影响，起到 流量整形的做用。好比生产者——消费者问题，他们产生和消耗资源的速度大致接近，加一个buffer能够抵消掉资源刚产生/消耗时的忽然变化。
二、 Cache（缓存）则是系统两端处理 速度不匹配时的一种 折衷策略。由于CPU和memory之间的速度差别愈来愈大，因此人们充分利用数据的局部性（locality）特征，经过使用存储系统分级（memory hierarchy）的策略来减少这种差别带来的影响。
三、假定之后存储器访问变得跟CPU作计算同样快，cache就能够消失，可是buffer依然存在。好比从网络上下载东西，瞬时速率可能会有较大变化，但从长期来看倒是稳定的，这样就能经过引入一个buffer使得OS接收数据的速率更稳定，进一步减小对磁盘的伤害。
四、TLB（Translation Lookaside Buffer，翻译后备缓冲器）名字起错了，其实它是一个cache.

 

监控linux资源时，在输入top命令后，发现内存相关MEM和SWAP的buffer与Cache，顺便研究了一下。

什么是Cache?什么是Buffer?两者的区别是什么？ 

Buffer和Cache的区别 buffer与cache操做的对象就不同。

一、buffer（缓冲）是为了提升内存和硬盘（或其余I/O设备）之间的数据交换的速度而设计的。

二、cache（缓存）

从CPU角度考虑，是为了提升cpu和内存之间的数据交换速度而设计的，例如日常见到的一级缓存、二级缓存、三级缓存。 cpu在执行程序所用的指令和读数据都是针对内存的，也就是从内存中取得的。因为内存读写速度慢，为了提升cpu和内存之间数据交换的速度，在cpu和内存之间增长了cache，它的速度比内存快，可是造价高，又因为在cpu内不能集成太多集成电路，因此通常cache比较小，之后intel等公司为了进一步提升速度，又增长了二级cache，甚至三级cache，它是根据程序的局部性原理而设计的，就是cpu执行的指令和访问的数据每每在集中的某一块，因此把这块内容放入cache后，cpu就不用在访问内存了，这就提升了访问速度。固然若cache中没有cpu所须要的内容，仍是要访问内存的。

从内存读取与磁盘读取角度考虑，cache能够理解为操做系统为了更高的读取效率，更多的使用内存来缓存可能被再次访问的数据。

缓冲（buffers）是根据磁盘的读写设计的，把分散的写操做集中进行，减小磁盘碎片和硬盘的反复寻道，从而提升系统性能。linux有一个守护进程按期清空缓冲内容（即写入磁盘），也能够经过sync命令手动清空缓冲。简单来讲，buffer是即将要被写入磁盘的，而cache是被从磁盘中读出来的。 buffer是由各类进程分配的，被用在如输入队列等方面。一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入，在全部字段被读入完整以前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存。cache常常被用在磁盘的I/O请求上，若是有多个进程都要访问某个文件，因而该文件便被作成cache以方便下次被访问，这样可提升系统性能。