在日常的 Linux 系统运维与调优过程中，常常会遇到两个术语——buffers 和 cached。这些术语主要出现在内存使用的统计数据中，尤其是通过命令如 free 或 top 查看系统内存使用时。那么，它们到底是什么意思？它们如何影响系统性能呢？今天，我们就来深入分析一下这两个概念及其区别。
一、背景知识：Linux 内存管理
在 Linux 中，内存的管理是非常精细的。操作系统会尽量高效地使用可用内存，并将其划分为多个不同的区域，以支持各种任务的运行。常见的内存区域包括：
- 应用程序内存：用于运行进程。
- 缓存（Cache） ：存储已经访问过的数据，目的是加速对这些数据的后续访问。
- 缓冲区（Buffers） ：用于存储对磁盘进行读写的中间数据，以提高 I/O 操作的效率。
当我们使用 free -h 或 top 等命令查看系统内存使用情况时，通常会看到 buffers 和 cached 这两个字段。那么它们到底有什么区别呢？
二、buffers 与 cached 的含义
1. Buffers
在 Linux 中，buffers 指的是用于存储磁盘块的内存区域。这些数据通常是在进行磁盘 I/O 操作时，操作系统用来存储读写的数据块。这些块数据来自磁盘设备，用来提高磁盘 I/O 操作的效率。
- 作用：通过缓冲区的机制，操作系统可以避免每次都直接访问硬盘，而是先从内存中查找是否有缓存的数据。如果内存中存在对应数据，就可以跳过磁盘操作，从而加速数据访问。
- 例子：在读取文件时，Linux 会先将磁盘块读到内存中的 buffer 缓冲区。如果应用程序需要再次读取相同的数据，系统会直接从内存中的缓冲区中提供数据，而无需再次从磁盘读取。
2. Cached
Cached 指的是用于存储文件数据的内存区域。这些数据是操作系统在读取文件时存储到内存中的文件内容，目的是加速后续对文件的访问。与 buffers 主要针对磁盘块不同，cached 主要针对的是文件的内容。
- 作用：系统会将从文件中读取的内容缓存到内存中，以便应用程序再次访问时，能够更快地返回结果，而不需要重新从磁盘中读取。缓存不仅限于硬盘，还可能包括其他类型的设备（如网络文件系统、数据库等）。
- 例子：比如，当你使用
cat命令查看一个文件内容时，Linux 会将文件的内容缓存到内存中。下次你再访问相同的文件时，系统直接从内存读取缓存，而无需再次访问磁盘。
三、buffers 与 cached 的区别
尽管 buffers 和 cached 都是 Linux 系统中内存的缓存区域，但它们在实现上有明显的不同：
| 字段 | 作用 | 存储内容 | 与磁盘的关系 |
|---|---|---|---|
| buffers | 用于存储磁盘块的缓存。 | 主要存储磁盘读写的中间数据（例如磁盘块、磁盘页）。 | 涉及磁盘的 I/O 操作。 |
| cached | 用于存储文件内容的缓存。 | 存储文件数据（例如文件的实际内容）。 | 涉及文件的读写操作。 |
内存使用视角的区别：
- buffers 更多的是和磁盘的 I/O 操作相关，主要用于提高磁盘访问的效率，避免反复的磁盘访问。
- cached 则侧重于提高文件访问的效率，它存储的是文件的内容，并且通常会缓存整个文件的内容（或部分内容）。
影响的性能方面不同：
- buffers 的缓存对磁盘 I/O 性能影响较大，尤其在大规模数据读写时，它能够极大减少磁盘的负载。
- cached 对文件读取的性能提升至关重要，尤其是在频繁访问大文件的场景下，它减少了对磁盘的访问频率。
四、如何利用 buffers 和 cached 优化系统性能？
-
释放缓存：
- 在某些情况下，我们可能希望手动清理缓存以释放内存，特别是在测试性能时：
# 清除缓存 sync; echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches该命令会释放文件缓存、块缓存以及目录项缓存。
-
内存管理：
- 如果你的系统内存使用过多，
buffers和cached的数据可能会占用大量内存，导致应用程序没有足够的内存。可以通过调整vm.swappiness参数来控制 Linux 系统何时开始使用交换空间（swap）：
sysctl vm.swappiness=10 - 如果你的系统内存使用过多，
-
高负载的磁盘 I/O：
- 对于大量磁盘 I/O 的应用（如数据库、日志存储系统等），要确保有足够的
buffers空间。如果发现系统频繁地访问磁盘，可以通过增加内存或调整磁盘 I/O 相关参数来提高性能。
- 对于大量磁盘 I/O 的应用（如数据库、日志存储系统等），要确保有足够的
五、buffers 和 cached 在 free 命令中的表现
通过 free 命令可以查看系统的内存使用情况，其中包括 buffers 和 cached 字段：
free -h
输出示例：
total used free shared buff/cache available
Mem: 16Gi 3.5Gi 7.1Gi 290Mi 5.3Gi 11Gi
Swap: 2.0Gi 0.0Gi 2.0Gi
buff/cache：表示缓存和缓冲区使用的内存，通常包括了 buffers 和 cached 内存的总和。available：表示系统可用的内存量，已经考虑到缓存和缓冲区。
六、总结
在 Linux 系统中，buffers 和 cached 都是内存管理中的缓存机制，但它们有不同的用途。buffers 主要用于磁盘块的缓存，以提高磁盘 I/O 性能；而 cached 用于缓存文件数据，以加速文件访问。理解这两个概念，并在合适的场景下进行优化，可以有效提升系统性能，减少不必要的磁盘读写和文件访问。
