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今天就跟大家聊聊有關(guān)Linux中的buffer cache free該如何理解，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。
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linux 中輸入free 可查看服務(wù)器內(nèi)存使用情況
1)、 -b, –bytes， 以Byte為單位顯示內(nèi)存使用情況
2)、 -k, –kilo， 以KB為單位， 這也是默認(rèn)值
3)、 -m, –mega， 以MB為單位顯示內(nèi)容使用情況
4)、 -g, –giga， 以GB為單位顯示內(nèi)存使用情況
5)、 -h, –human， 自動(dòng)將數(shù)值轉(zhuǎn)換為人類易讀形式
2)、 -c, –count， 展示結(jié)果count次，需與-s配合使用
3)、 -s, –seconds， 動(dòng)態(tài)刷新內(nèi)存使用情況的間隔
total 內(nèi)存總數(shù): 251G
used 已經(jīng)使用的內(nèi)存數(shù): 185G
free 空閑的內(nèi)存數(shù): 12G
shared 多個(gè)進(jìn)程共享的內(nèi)存總額 4.1G
buffers Buffer 緩存內(nèi)存數(shù): 內(nèi)存寫入到硬盤中間數(shù)據(jù)，為解決空間
cached Page 緩存內(nèi)存數(shù):CPU提取數(shù)據(jù)，在內(nèi)存跟CPU之間
available:目前可用的內(nèi)存數(shù)
total = use + free + buff/cache
available = free + buff/cache - shared
2.3、第三部分是指交換分區(qū)
? Swap空間的作用可簡單描述為：當(dāng)系統(tǒng)的物理內(nèi)存不夠用的時(shí)候，就需要將物理內(nèi)存中的一部分空間釋放出來，以供當(dāng)前運(yùn)行的程序使用。那些被釋放的空間可能來自一些很長時(shí)間沒有什么操作的程序，這些被釋放的空間被臨時(shí)保存到Swap空間中，等到那些程序要運(yùn)行時(shí)，再從Swap中恢復(fù)保存的數(shù)據(jù)到內(nèi)存中。這樣，系統(tǒng)總是在物理內(nèi)存不夠時(shí)，才進(jìn)行Swap交換。其實(shí)，Swap的調(diào)整對Linux服務(wù)器，特別是Web服務(wù)器的性能至關(guān)重要。通過調(diào)整Swap，有時(shí)可以越過系統(tǒng)性能瓶頸，節(jié)省系統(tǒng)升級費(fèi)用。
free命令顯示了當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)存使用情況，其數(shù)據(jù)取自 /proc/meminfo 文件。這里我們cat 一下。可見，在這個(gè)文件中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)就是以KB為單位，所以free的默認(rèn)值也是KB
Linux中Buffer和Cache的區(qū)別
1. Cache：緩存區(qū)，是高速緩存，是位于CPU和主內(nèi)存之間的容量較小但速度很快的存儲(chǔ)器，因?yàn)镃PU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主內(nèi)存的速度，CPU從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)需等待很長的時(shí)間，而 Cache保存著CPU剛用過的數(shù)據(jù)或循環(huán)使用的部分?jǐn)?shù)據(jù)，這時(shí)從Cache中讀取數(shù)據(jù)會(huì)更快，減少了CPU等待的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的性能。
Cache并不是緩存文件的，而是緩存塊的(塊是I/O讀寫最小的單元)；Cache一般會(huì)用在I/O請求上，如果多個(gè)進(jìn)程要訪問某個(gè)文件，可以把此文件讀入Cache中，這樣下一個(gè)進(jìn)程獲取CPU控制權(quán)并訪問此文件直接從Cache讀取，提高系統(tǒng)性能。
2. Buffer：緩沖區(qū)，用于存儲(chǔ)速度不同步的設(shè)備或優(yōu)先級不同的設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)；通過buffer可以減少進(jìn)程間通信需要等待的時(shí)間，當(dāng)存儲(chǔ)速度快的設(shè)備與存儲(chǔ)速度慢的設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，存儲(chǔ)慢的數(shù)據(jù)先把數(shù)據(jù)存放到buffer，達(dá)到一定程度存儲(chǔ)快的設(shè)備再讀取buffer的數(shù)據(jù)，在此期間存儲(chǔ)快的設(shè)備CPU可以干其他的事情。
Buffer：一般是用在寫入磁盤的，例如：某個(gè)進(jìn)程要求多個(gè)字段被讀入，當(dāng)所有要求的字段被讀入之前已經(jīng)讀入的字段會(huì)先放到buffer中。
Cache講解
假設(shè)某地發(fā)生了自然災(zāi)害（比如地震），居民缺衣少食，于是派救火車去給若干個(gè)居民點(diǎn)送水。
救火車到達(dá)第一個(gè)居民點(diǎn)，開閘放水，老百姓就拿著盆盆罐罐來接水。
假如說救火車在一個(gè)居民點(diǎn)停留100分鐘放完了水，然后重新儲(chǔ)水花半個(gè)小時(shí)，再開往下一個(gè)居民點(diǎn)。這樣一個(gè)白天來來來回回的，也就是4-5個(gè)居民點(diǎn)。
但我們想想，救火車是何等存在，如果把水龍頭完全打開，其強(qiáng)大的水壓能輕易沖上10層樓以上， 10分鐘就可以把水全部放完。但因?yàn)榫用袷悄门韫藿铀?00%打開水龍頭那就是給人洗澡了，所以只能打開一小部分（比如10%的流量）。但這樣就降低了放水的效率（只有原來的10%了），10分鐘變100分鐘。
那么，我們是否能改進(jìn)這個(gè)放水的過程，讓救火車以最高效率放完水、盡快趕往下一個(gè)居民點(diǎn)呢？
方法就是：在居民點(diǎn)建蓄水池。
救火車把水放到蓄水池里，因?yàn)槭且?00%的效率放水，10分鐘結(jié)束然后走人。居民再從蓄水池里一點(diǎn)一點(diǎn)的接水。
我們分析一下這個(gè)例子，就可以知道Cache的含義了。
救火車要給居民送水，居民要從救火車接水，就是說居民和救火車之間有交互，有聯(lián)系。
但救火車是“高速設(shè)備”，居民是“低速設(shè)備”，低速的居民跟不上高速的救火車，所以救火車被迫降低了放水速度以適應(yīng)居民。
為了避免這種情況，在救火車和居民之間多了一層 “蓄水池（也就是Cache）”，它一方面以100%的高效和救火車打交道，另一方面以10%的低效和居民打交道，這就解放了救火車，讓其以最高的效率運(yùn)行，而不被低速的居民拖后腿，于是救火車只需要在一個(gè)居民點(diǎn)停留10分鐘就可以了。
所以說，蓄水池是“活雷鋒”，把高效留給別人，把低效留給自己。把10分鐘留給救火車，把100分鐘留給自己。
從以上例子可以看出，所謂Cache，就是“為了彌補(bǔ)高速設(shè)備和低速設(shè)備之間的矛盾”而設(shè)立的一個(gè)中間層。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)里經(jīng)常出現(xiàn)高速設(shè)備要和低速設(shè)備打交道，結(jié)果被低速設(shè)備拖后腿的情況。
以PC為例。CPU速度很快，但CPU執(zhí)行的指令是從內(nèi)存取出的，計(jì)算的結(jié)果也要寫回內(nèi)存，但內(nèi)存的響應(yīng)速度跟不上CPU。
CPU跟內(nèi)存說：你把某某地址的指令發(fā)給我。內(nèi)存聽到了，但因?yàn)樗俣嚷t遲不見指令返回，這段時(shí)間，CPU只能無所事事的等待了。這樣一來，再快的CPU也發(fā)揮不了效率。
怎么辦呢？在CPU和內(nèi)存之間加一塊“蓄水池”，也就是Cache（片上緩存），這個(gè)Cache速度比內(nèi)存快，從Cache取指令不需要等待。當(dāng)CPU要讀內(nèi)存的指令的時(shí)候先讀Cache再讀內(nèi)存，但一開始Cache是空著的，只能從內(nèi)存取，這時(shí)候的確是很慢，CPU需要等待。但從內(nèi)存取回的不僅僅是CPU所需要的指令，還有其它的、當(dāng)前不需要的指令，然后把這些指令存在Cache里備用。
CPU再取指令的時(shí)候還是先讀Cache，看看里面有沒有所需指令，如果碰巧有就直接從Cache取，不用等待即可返回（命中），這就解放了CPU，提高了效率。（當(dāng)然不會(huì)是100%命中，因?yàn)镃ache的容量比內(nèi)存小）。
CPU的Cache，可以有好幾層，而且還分?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache
磁盤緩存也是一樣，剛才說內(nèi)存是慢速設(shè)備，所以需要片上緩存，但這個(gè)“慢”是相對于CPU而言的，相對于機(jī)械硬盤HDD，內(nèi)存的速度可快多了。
對于磁盤的讀寫操作，在很久以前，讀寫過程需要CPU參與，后來出現(xiàn)了“DMA/直接內(nèi)存訪問"就不再需要CPU了，但即使如此，高負(fù)荷、長時(shí)間的磁盤讀寫也非常的耗時(shí)，因?yàn)榇疟P是機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，其讀寫速度相比CPU和內(nèi)存條的二進(jìn)制電壓變化速度，那就是蒸汽機(jī)和火箭速度的差別。
為了加快數(shù)據(jù)的讀寫速度，在磁盤和內(nèi)存之間也插入一層Cache（Windows在內(nèi)存里劃分出一塊區(qū)域作為Cache，硬盤也有板載Cache。）寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候先寫入到Cache里；因?yàn)镃ache很快，所以數(shù)據(jù)很快就寫入。比方說，1G的數(shù)據(jù)，如果直接寫入硬盤需要10秒，但寫入Cache（也就是系統(tǒng)內(nèi)存）只需要1秒。這樣一來用戶就有了系統(tǒng)速度很快的“幻覺”。但這只是障眼法，數(shù)據(jù)暫存在Cache里并沒有被真正寫入磁盤，等系統(tǒng)空閑的時(shí)候再慢慢寫入。同理，在讀數(shù)據(jù)的時(shí)候，除了所需的數(shù)據(jù)，還有一堆目前不需要的數(shù)據(jù)也都被讀出來放到內(nèi)存的Cache里。下次再讀的時(shí)候，如果恰巧Cache里有所需的數(shù)據(jù)就可直接讀入（命中），這就避免了從慢速的HDD讀數(shù)據(jù)的尷尬。用戶的體驗(yàn)同樣也是速度很快。（同樣不會(huì)100%命中，因?yàn)镽AM的容量遠(yuǎn)小于硬盤容量）。
buffer講解
比如說吐魯番的葡萄熟了，要用大卡車裝葡萄運(yùn)出去賣
果園的姑娘采摘葡萄，當(dāng)然不是前手把葡萄摘下來,后手就放到卡車上，而是需要一個(gè)中間過程“籮筐”：摘葡萄→放到籮筐里→把籮筐里的葡萄倒入卡車。
也就是說，雖然最終目的是“把葡萄倒入卡車”，但中間必須要經(jīng)過“籮筐”的轉(zhuǎn)手，這里的籮筐就是Buffer。是“暫時(shí)存放物品的空間”。
注意2個(gè)關(guān)鍵詞：暫時(shí)，空間
再換句話說，為了完成最終目標(biāo)：把葡萄放入卡車的空間，需要暫時(shí)把葡萄放入籮筐的空間。
以BT為例，BT下載需要長時(shí)間的掛機(jī)，電腦就有可能24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)，但BT下載的數(shù)據(jù)是碎片化的，體現(xiàn)在硬盤寫入上也是碎片化的，因?yàn)橛脖P是機(jī)械尋址器件，這種碎片化的寫入會(huì)造成硬盤長時(shí)間高負(fù)荷的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，造成硬盤過早老化損壞，當(dāng)年有大量的硬盤因?yàn)锽T下載而損壞。
于是新出的BT軟件在內(nèi)存里開辟了Buffer，數(shù)據(jù)暫時(shí)寫入Buffer，攢到一定的大小（比如512M）再一次性寫入硬盤，這種“化零為整”的寫入方式大大降低了硬盤的負(fù)荷。
這就是：為了完成最終目標(biāo)：把數(shù)據(jù)寫入硬盤空間，需要暫時(shí)寫入Buffer的空間。
再以編程為例，假設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能：接受用戶鍵入的字符串，并賦值給一個(gè)字符串變量
其過程如下：
1：在內(nèi)存中開辟一個(gè)”鍵盤緩沖區(qū)“接受用戶鍵入的字符串
2：把緩沖區(qū)中的字符串copy到程序中定義的字符串變量指向的內(nèi)存空間（也就是賦值過程）
也就是說，為了完成最終目標(biāo)：把字符串放入字符串變量指向的空間，需要暫時(shí)把字符串放入“鍵盤緩沖區(qū)”的空間。
以上舉的3個(gè)栗子：籮筐、BT的Buffer，鍵盤緩沖區(qū)的Buffer
Buffer的存在是為了解決什么問題？找個(gè)臨時(shí)的存儲(chǔ)空間！
總結(jié)：
Cache和Buffer的相同點(diǎn)：都是2個(gè)層面之間的中間層，都是內(nèi)存。
Cache和Buffer的不同點(diǎn)：Cache解決的是時(shí)間問題，Buffer解決的是空間問題。
為了提高速度，引入了Cache這個(gè)中間層。
為了給信息找到一個(gè)暫存空間，引入了Buffer這個(gè)中間層。
為了解決2個(gè)不同維度的問題（時(shí)間、空間），恰巧取了同一種解決方法：加入一個(gè)中間層，先把數(shù)據(jù)寫到中間層上，然后再寫入目標(biāo)。
這個(gè)中間層就是內(nèi)存“RAM”，既然是存儲(chǔ)器就有2個(gè)參數(shù)：寫入的速度有多塊（速度），能裝多少東西（容量）
Cache利用的是RAM提供的高讀寫速度，Buffer利用的是RAM提供的存儲(chǔ)容量（空間）。
1、Buffer（緩沖區(qū)）是系統(tǒng)兩端處理速度平衡（從長時(shí)間尺度上看）時(shí)使用的。它的引入是為了減小短期內(nèi)突發(fā)I/O的影響，起到流量整形的作用。比如生產(chǎn)者——消費(fèi)者問題，他們產(chǎn)生和消耗資源的速度大體接近，加一個(gè)buffer可以抵消掉資源剛產(chǎn)生/消耗時(shí)的突然變化。
2、Cache（緩存）則是系統(tǒng)兩端處理速度不匹配時(shí)的一種折衷策略。因?yàn)镃PU和memory之間的速度差異越來越大，所以人們充分利用數(shù)據(jù)的局部性（locality）特征，通過使用存儲(chǔ)系統(tǒng)分級（memory hierarchy）的策略來減小這種差異帶來的影響。
3、假定以后存儲(chǔ)器訪問變得跟CPU做計(jì)算一樣快，cache就可以消失，但是buffer依然存在。比如從網(wǎng)絡(luò)上下載東西，瞬時(shí)速率可能會(huì)有較大變化，但從長期來看卻是穩(wěn)定的，這樣就能通過引入一個(gè)buffer使得OS接收數(shù)據(jù)的速率更穩(wěn)定，進(jìn)一步減少對磁盤的傷害。
1、buffer（緩沖）是為了提高內(nèi)存和硬盤（或其他I/O設(shè)備）之間的數(shù)據(jù)交換的速度而設(shè)計(jì)的。
緩沖（buffers）是根據(jù)磁盤的讀寫設(shè)計(jì)的，把分散的寫操作集中進(jìn)行，減少磁盤碎片和硬盤的反復(fù)尋道，從而提高系統(tǒng)性能。linux有一個(gè)守護(hù)進(jìn)程定期清空緩沖內(nèi)容（即寫入磁盤），也可以通過sync命令手動(dòng)清空緩沖。
簡單來說，buffer是即將要被寫入磁盤的，而cache是被從磁盤中讀出來的。 buffer是由各種進(jìn)程分配的，被用在如輸入隊(duì)列等方面。一個(gè)簡單的例子如某個(gè)進(jìn)程要求有多個(gè)字段讀入，在所有字段被讀入完整之前，進(jìn)程把先前讀入的字段放在buffer中保存。cache經(jīng)常被用在磁盤的I/O請求上，如果有多個(gè)進(jìn)程都要訪問某個(gè)文件，于是該文件便被做成cache以方便下次被訪問，這樣可提高系統(tǒng)性能。
2、cache（緩存）
從CPU角度考慮，是為了提高cpu和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換速度而設(shè)計(jì)的，例如平常見到的一級緩存、二級緩存、三級緩存。 cpu在執(zhí)行程序所用的指令和讀數(shù)據(jù)都是針對內(nèi)存的，也就是從內(nèi)存中取得的。由于內(nèi)存讀寫速度慢，為了提高cpu和內(nèi)存之間數(shù)據(jù)交換的速度，在cpu和內(nèi)存之間增加了cache，它的速度比內(nèi)存快，但是造價(jià)高，又由于在cpu內(nèi)不能集成太多集成電路，所以一般cache比較小，以后intel等公司為了進(jìn)一步提高速度，又增加了二級cache，甚至三級cache，它是根據(jù)程序的局部性原理而設(shè)計(jì)的，就是cpu執(zhí)行的指令和訪問的數(shù)據(jù)往往在集中的某一塊，所以把這塊內(nèi)容放入cache后，cpu就不用在訪問內(nèi)存了，這就提高了訪問速度。當(dāng)然若cache中沒有cpu所需要的內(nèi)容，還是要訪問內(nèi)存的。
從內(nèi)存讀取與磁盤讀取角度考慮，cache可以理解為操作系統(tǒng)為了更高的讀取效率，更多的使用內(nèi)存來緩存可能被再次訪問的數(shù)據(jù)。
看完上述內(nèi)容，你們對Linux中的buffer cache free該如何理解有進(jìn)一步的了解嗎？如果還想了解更多知識(shí)或者相關(guān)內(nèi)容，請關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝大家的支持。
文章題目：Linux中的buffercachefree該如何理解
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