Операционная система Linux использует эффективный механизм управления памятью, в котором буфер и кеш являются двумя ключевыми компонентами управления памятью. Понимание функций и механизмов работы этих двух систем имеет решающее значение для оптимизации производительности системы и устранения неполадок.

Buffer

Буфер — это временная область памяти, используемая для хранения блоков данных, в основном используемая для кэширования операций ввода-вывода. Когда данные считываются в память с диска или других устройств, они сначала сохраняются в буфере, чтобы обеспечить быстрый доступ к данным. Буфер можно рассматривать как промежуточный уровень, который помогает оптимизировать производительность чтения и записи.

Cache

Кэш также является своего рода временным хранилищем, но его целью является кэширование блоков данных файловой системы. В отличие от Buffer, Cache в основном используется для хранения метаданных файловой системы и данных файлов. Он ускоряет операции чтения файловой системы за счет предварительной загрузки содержимого часто используемых файлов, что ускоряет доступ к ним.

Как работают буфер и кеш

Как работает буфер

Когда приложение запрашивает чтение данных с диска, ядро ​​сначала проверяет, существует ли уже соответствующий блок данных в буфере. Если он существует, ядро ​​вернет данные непосредственно из Буфера, избегая чтения с физического диска. Если данных нет в буфере, ядро ​​прочитает блок данных с диска в буфер и вернет его приложению. Таким образом, Buffer в определенной степени сокращает количество обращений к диску и повышает производительность ввода-вывода.

Соответствующие системные параметры

dirty_ratio

echo 20 > /proc/sys/vm/dirty_ratio
или
sysctl -w vm.dirty_ratio=20

• эффект: dirty_ratio Параметр определяет максимальную долю грязных страниц (измененных, но еще не записанных на диск) в системе. Когда доля грязных страниц достигает приезжатьили и превышает это значение,Система инициирует операцию синхронной записи.,Запишите грязные страницы на диск.
• Влияние: Контролируйте своевременную запись грязных страниц. Соответствующие настройки помогут избежать частых операций записи на диск.
• Метод настройки (единица измерения параметра — проценты)

dirty_background_ratio

echo 10 > /proc/sys/vm/dirty_background_ratio
или
sysctl -w vm.dirty_background_ratio=10

• эффект：dirty_background_ratio Параметр определяет, что когда доля грязных страниц превышает это значение, система запускает операцию фоновой записи. Фоновая запись означает асинхронную запись грязных страниц на диск без блокировки процесса.
• Влияние: Управляйте условиями запуска фоновой записи, чтобы предотвратить преждевременный запуск системой операций записи, тем самым повышая производительность системы.
• метод конфигурации, Может быть изменен с помощью /proc/sys/vm/dirty_background_ratio файл или использовать sysctl команда для настройки. (Единица измерения параметра — проценты)

Возможная проблема

• Напишите проблемы с производительностью:если dirty_ratio Установите слишком высокое значение, и система может преждевременно запустить операции записи, что приведет к снижению производительности записи.

Как работает кэш

Как работает кэш похож на Buffer, но больше ориентирован на файлы. системаизданные。когдафайловая Когда системе необходимо прочитать файл, ядро ​​сначала проверяет, есть ли соответствующий блок данных в кэше. Если он существует, ядро ​​вернет данные непосредственно из кэша. Если данных нет в Кэше, ядро ​​загрузит их из файлов. Считайте данные в системе и сохраните копию в кеше для будущих запросов на чтение. Этот механизм улучшает файловую Система скорости чтения, особенно для файлов, к которым часто обращаются.

Соответствующие системные параметры

vfs_cache_pressure

echo 100 > /proc/sys/vm/vfs_cache_pressure
или
sysctl -w vm.vfs_cache_pressure=100

• эффект: vfs_cache_pressure Параметры, используемые для настройки пары ядер dentry и inode Тенденция к кэшированию. Большие значения заставляют ядро ​​предпочитать переработку dentry, а меньшие значения заставляют ядро ​​перерабатывать inode。
• Влияние: контрольфайловая стратегия переработки кэша системы, влияние файловая система Производительность. Большие значения помогают ускорить выселение кэша, освобождая Память.
• Метод конфигурации: Может быть изменен с помощью /proc/sys/vm/vfs_cache_pressure файл или использовать sysctl команда для настройки. Например:

swappiness

echo 10 > /proc/sys/vm/swappiness
или
sysctl -w vm.swappiness=10

• эффект:swappiness Этот параметр используется для настройки тенденции ядра перемещать данные в пространство подкачки, когда Память недостаточно. Диапазон значений 0 приезжать 100,0 Указывает, что пространство подкачки должно использоваться как можно меньше, 100 Указывает, что пространство подкачки следует использовать как можно больше.
• Влияние: Управляет использованием пространства подкачки системой. Меньшие значения помогают уменьшить использование пространства подкачки и повысить общую производительность.
• Метод конфигурации: Может быть изменен с помощью /proc/sys/vm/swappiness файл или использовать sysctl команда для настройки.

Возможная проблема

• Памятьпроблема использования： Слишком высоко swappiness Значения могут привести к чрезмерному использованию системой пространства подкачки, что приведет к снижению производительности. В некоторых случаях меньшее значение может быть более подходящим.

Разница между буфером и кешем

Хранить контент

• Буфер хранит блоки данных операций ввода-вывода.,Обычно выполняет запросы на чтение и запись на физические устройства.
• Кэш хранит файлы блок данных системы, включая фактическое содержимое метаданных файла.

Метод чтения

• Буфер в основном используется для уменьшения количества операций чтения и записи на физические устройства и повышения производительности за счет кэширования операций ввода-вывода.
• Кэш больше ориентирован на файлы. Чтение системы улучшено за счет кэширования файлов данных и метаданных файловая. Общая скорость чтения системы.

Стратегия очистки

• данные в буфере обычно сохраняются операционной системой.,Неудобно мыть вручную.
• Cacheиз Контент можетквручнуюилиавтоматическийизспособ очистки,к Выпустить место Память。

Используйте инструменты для мониторинга буфера и кеша

Используйте бесплатную команду

free -h

Эта команда отобразит использование памяти системы, включая использование буфера и кэша.

Используйте команду vmstat

vmstat 1

vmstatКоманда можетк Предоставьте более подробную информациюиз Память Статистика,В том числе и меняющиеся тенденции BufferиCache.

Лучшие практики и соображения

• Распределите память правильно: Убедитесь, что в системе выделено достаточно места для буфера и кэша, чтобы в полной мере использовать их производительность.
• Мониторинг производительности системы: Регулярно используйте инструменты для мониторинга использования системы Память, а также оперативно обнаруживайте и решайте проблемы Память.
• Регулярно очищайте кэш: В соответствии с реальными потребностями,Кэш можно регулярно очищать,Освободите место Память,Предотвратите утечку Память.
• Правильно спланируйте файловую систему: В дизайнефайловая системы, учитывайте частоту чтения файлов, разумно планируйте размер кэша для улучшения файловой системы. система производительности чтения.

в заключение

Буфер и кэш являются незаменимыми компонентами управления памятью Linux. Они значительно повышают производительность и скорость отклика системы за счет кэширования операций ввода-вывода и данных файловой системы. Глубокое понимание того, как они работают, а также того, как отслеживать и оптимизировать использование памяти, имеет решающее значение для SRE. Правильно настроив и управляя памятью, вы сможете обеспечить отличную производительность системы при высокой нагрузке.