内存分配中堆和栈的区各是指什么（怎么理解内存中的Buffer和Cache）

喵星人

不同版本的free 所展示的结果不一样。

[ninesun@MiWiFi-R3L-srv ~]$ free -m total used free shared buff/Cache availableMem: 972 552 161 19 257 259Swap: 2047 130 1917 GP]# free -g total used free shared Buffers cachedMem: 125 125 0 4 0 100-/ buffers/cache: 25 100Swap: 47 7 40

free 数据的来源

man free 中这样描述

buffers Memory used by kernel buffers (Buffers in /proc/meminfo) cache Memory used by the page cache and slabs (Cached and SReclaimable in /proc/meminfo) buff/cache Sum of buffers and cache

• Buffers 是内核缓冲区用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Buffers 值。
• Cache 是内核页缓存和 Slab 用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Cached 与SReclaimable 之和。

/proc 是 Linux 内核提供的一种特殊文件系统，是用户跟内核交互的接口，用户可以从 /proc 中查询内核的运行状态和配置选项，查询进程的运行状态、统计数据等，当然，你也可以通过 /proc 来修改内核的配置。proc 文件系统同时也是很多性能工具的最终数据来源。比如 free 就是通过读取 /proc/meminfo ，得到内存的使用情况。

man proc -> 搜索 meminfo

Buffers %lu Relatively temporary storage for raw disk blocks that shouldn't get tremendously large (20MB or so). Cached %lu In-memory cache for files read from the disk (the page cache). Doesn't include SwapCached. SReclaimable %lu (since Linux 2.6.19) Part of Slab, that might be reclaimed, such as caches. SUnreclaim %lu (since Linux 2.6.19) Part of Slab, that cannot be reclaimed on memory pressure.

• Buffers 是对原始磁盘块的临时存储，也就是用来缓存磁盘的数据，通常不会特别大（20MB 左右）。这样，内核就可以把分散的写集中起来，统一优化磁盘的写入，比如可以把多次小的写合并成单次大的写等等。
• Cached 是从磁盘读取文件的页缓存，也就是用来缓存从文件读取的数据。这样，下次访问这些文件数据时，就可以直接从内存中快速获取，而不需要再次访问缓慢的磁盘。
• SReclaimable 是 Slab 的一部分。Slab 包括两部分，其中的可回收部分，用SReclaimable 记录；而不可回收部分，用 SUnreclaim 记录。

第一个问题，Buffer 的文档没有提到这是磁盘读数据还是写数据的缓存，它会不会也缓存从磁盘中读取的数据呢？第二个问题，文档中提到，Cache 是对从文件读取数据的缓存，那么它是不是也会缓存写文件的数据呢？

案例一 磁盘和文件写案例

在第一个终端，运行下面这个 vmstat 命令：vmstat 1 每间隔1s 输出一行数据

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st 1 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 90 126 4 1 95 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 91 123 4 0 96 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 95 129 3 0 97 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 107 138 4 0 96 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 95 124 5 0 95 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 114 148 4 0 96 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 102 130 4 1 95 0 0 1 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 100 130 4 0 96 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 136 126 9 0 91 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 0 0 105 126 5 1 94 0 0 0 0 143872 245608 40 139316 0 0 50 7 882 1279 40 8 52 0 0 0 0 143872 245640 40 139320 0 0 0 0 760 1089 36 5 58 0 0

buff 和 cache 就是我们前面看到的 Buffers 和 Cache，单位是 KB。bi 和 bo 则分别表示块设备读取和写入的大小，单位为块 / 秒。因为 Linux 中块的大小是 1KB(此处需要注意不是文件系统的块大小)，所以这个单位也就等价于 KB/sman vmstat 可以看到这段描述。

这和我们所认知的block size 是4KB 有什么区别呢？

[root@MiWiFi-R3L-srv ninesun]# stat / | grep "IO Block" Size: 224 Blocks: 0 IO Block: 4096 directory[root@MiWiFi-R3L-srv ninesun]# df -THFilesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on /dev/mapper/centos-root xfs 19G 5.5G 13G 30% /

磁盘里面的和文件系统里面的两个基本单位都叫 block size，但是实际上是两个东西，一个是硬盘扇区的大小，应该叫做 sector size(vmstat 中的bi/bo 的单位，别于文件系统的block大小) ；一个是文件系统的 block 的大小。

清理文件页、目录项、Inodes 等各种缓存$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

第二个终端执行 dd 命令，通过读取随机设备，生成一个 500MB 大小的文件

[root@MiWiFi-R3L-srv ninesun]# dd if=/dev/urandom of=/tmp/file bs=1M count=500500 0 records in500 0 records out524288000 bytes (524 MB) copied, 4.90468 s, 107 MB/s

回到第一个终端，观察 Buffer 和 Cache 的变化情况

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st 1 0 143872 261912 40 122272 0 0 0 0 627 896 25 2 73 0 0 1 0 143872 261912 40 122324 0 0 0 7 264 575 11 1 88 0 0 0 0 143872 261912 40 122300 0 0 0 0 190 266 11 1 88 0 0 1 0 143872 250416 40 132696 0 0 77 0 219 267 6 8 86 0 0 2 0 143872 161196 40 221984 0 0 0 93196 1373 597 22 77 1 0 0 2 0 143872 72152 40 311244 0 0 0 114688 1342 442 7 93 0 0 0 1 0 143872 70056 40 313344 0 0 0 92160 1242 238 9 91 0 0 0 1 0 143872 72232 40 311012 0 0 0 118692 1285 256 10 90 0 0 0 0 0 143872 71576 40 312536 0 0 1584 93276 1150 302 13 74 13 0 0 0 0 143872 71468 40 312500 0 0 112 136 186 227 10 0 90 0 0 0 0 143872 71468 40 312500 0 0 0 0 182 215 10 1 89 0 0 0 0 143872 71468 40 312500 0 0 0 0 156 178 9 0 91 0 0 4 0 143872 71548 40 312500 0 0 0 0 659 1098 27 4 69 0 0 0 0 143872 71564 40 312500 0 0 0 0 471 439 28 2 70 0 0 0 0 143872 71564 40 312500 0 0 0 0 657 966 27 3 70 0 0

通过观察 vmstat 的输出，我们发现，在 dd 命令运行时， Cache 在不停地增长，而Buffer 基本保持不变

观察I/O，在 Cache 刚开始增长时，块设备 I/O 很少，bi 只出现了一次 77，bo 则只有一次 7。而过一段时间后，才会出现大量的块设备写，比如 bo 变成了 93196 。当 dd 命令结束后，Cache 不再增长，但块设备写还会持续一段时间，并且，多次 I/O写的结果加起来，才是 dd 要写的 500M 的数据。

这几个bo 加起来是512,394 ,大约为500MB。

结论：cache 也会缓存写文件的数据。

需要你的系统配置多块磁盘，并且磁盘分区 /dev/sdb1 还要处于未使用状态。如果你只有一块磁盘，千万不要尝试，否则将会对你的磁盘分区造成损坏

清理缓存后，向磁盘分区 /dev/sdb1 写入 2GB 的随机数据：

# 首先清理缓存$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches# 然后运行 dd 命令向磁盘分区 /dev/sdb1 写入 2G 数据$ dd if=/dev/urandom of=/dev/sdb bs=1M count=2048 没有使用fdisk 分区 直接裸磁盘。

观察内存和 I/O 的变化情况

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st 0 0 106048 195076 40 182384 0 0 0 0 170 246 2 4 94 0 0 2 0 106048 195076 40 182384 0 0 0 0 936 855 54 12 34 0 0 0 0 106048 195076 40 182384 0 0 0 0 893 792 53 8 39 0 0 2 0 106048 194524 40 182520 0 0 56 0 498 446 25 8 67 0 0 0 0 106048 194524 40 182520 0 0 0 0 327 399 15 4 81 0 0 2 0 106048 185696 8232 182768 0 0 76 0 413 467 13 15 71 1 0 3 0 106048 148020 44456 183648 0 0 0 24576 1257 939 26 74 0 0 0 2 0 106048 112820 79104 184612 0 0 0 49152 1199 665 26 74 0 0 0 3 0 106048 114332 98372 163872 0 0 73 43645 1120 478 7 93 0 0 0 1 0 106048 108888 104740 163008 0 0 520 30204 1196 403 33 67 0 0 0 1 0 106048 113160 101396 161632 0 0 0 49152 1217 517 13 87 0 0 0 1 0 106048 108180 107108 160972 0 0 0 56320 1083 231 4 96 0 0 0 2 0 106048 111728 104132 159628 0 0 0 47108 1065 222 5 95 0 0 0 3 0 106048 113264 103076 159204 0 0 0 51196 1086 219 4 96 0 0 0 1 0 106048 112416 103848 159256 0 0 0 49152 1085 240 6 94 0 0 0 4 0 106048 115448 101796 159344 0 0 0 49152 1171 463 13 87 0 0 0 2 0 106048 114596 102620 159360 0 0 0 24576 1206 830 27 73 0 0 0 3 0 106048 113556 103316 159436 0 0 0 31744 1311 968 45 55 0 0 0 2 0 106048 113424 102916 160000 0 0 440 49152 1092 375 8 92 0 0 0 4 0 106048 113140 102976 160128 0 0 144 24576 1238 708 36 64 0 0 0 1 0 106048 110524 101960 164016 0 0 3788 24576 897 277 15 85 0 0 0 4 0 106048 112412 99308 163548 0 0 0 52740 1051 188 7 93 0 0 0 2 0 106048 115592 101148 158560 0 0 140 51708 1063 190 1 99 0 0 0 2 0 106048 115968 101824 158672 0 0 0 68100 1031 204 2 98 0 0 0 1 0 106048 118360 99680 157388 0 0 0 54780 1070 204 1 99 0 0 0 1 0 106048 118484 100520 157480 0 0 0 49152 1091 199 10 90 0 0 0 3 0 106048 120404 97368 157588 0 0 0 49152 1069 192 10 90 0 0 0

虽然同是写数据，写磁盘跟写文件的现象还是不同的。写磁盘时（也就是 bo 大于 0 时），Buffer 和 Cache 都在增长，但显然 Buffer 的增长快得多。这说明，写磁盘用到了大量的 Buffer，这跟我们在文档中查到的定义是一样的

对比两个案例，我们发现，写文件时会用到 Cache 缓存数据，而写磁盘则会用到 Buffer来缓存数据。

Cache 是文件读的缓存，也会缓存写文件时的数据。

案例二 磁盘和文件读案例

清理缓存后，从文件 /tmp/file 中，读取数据写入空设备：

[root@MiWiFi-R3L-srv tmp]# ll -ths|grep file500M -rw-r--r--. 1 root root 500M Aug 9 00:37 file # 首先清理缓存$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches# 运行 dd 命令读取文件数据$ dd if=/tmp/file of=/dev/null [root@MiWiFi-R3L-srv tmp]# dd if=/tmp/file of=/dev/null1024000 0 records in1024000 0 records out524288000 bytes (524 MB) copied, 5.91814 s, 88.6 MB/s

观察内存和 I/O 的变化情况：

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st 3 0 105280 230760 0 141836 0 0 0 0 248 243 13 4 83 0 0 0 0 105280 230004 0 141836 0 0 16 48 121 229 2 1 97 0 0 2 0 105280 128440 0 244116 0 0 102324 0 1016 394 20 67 13 0 0 4 0 105280 74164 0 297880 0 0 53748 4 1244 677 55 45 0 0 0 1 0 105280 76772 0 295764 0 0 51104 0 1316 731 53 47 0 0 0 3 0 105280 60392 0 313008 0 0 112736 0 1122 347 25 75 0 0 0 1 0 105280 64924 0 308444 0 0 90112 0 1255 611 35 65 0 0 0 1 0 105280 62052 0 311292 0 0 102400 0 915 192 26 74 0 0 0 0 0 105280 60628 0 312208 0 0 900 0 347 276 21 3 76 0 0 0 0 105280 60628 0 312208 0 0 0 0 140 193 5 1 94 0 0

读取文件时（也就是 bi 大于 0 时），Buffer 保持不变，而 Cache 则在不停增长。这跟我们查到的定义“Cache 是对文件读的页缓存”是一致的。

再来看磁盘读的情况

清理缓存后，从磁盘分区 /dev/sdb 中读取数据，写入空设备：

# 首先清理缓存$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches# 运行 dd 命令读取文件$ dd if=/dev/sdb of=/dev/null bs=1M count=1024 [root@MiWiFi-R3L-srv tmp]# dd if=/dev/sdb of=/dev/null bs=1M count=10241024 0 records in1024 0 records out1073741824 bytes (1.1 GB) copied, 4.81571 s, 223 MB/s

观察I/O变化

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st 1 0 106304 228020 0 145592 5 67 909 1358 225 327 8 7 86 0 0 2 0 106304 228012 0 145592 0 0 16 67 473 459 32 5 63 0 0 2 0 106304 228028 0 145592 0 0 0 0 763 560 49 5 45 0 0 0 0 106304 228028 0 145592 0 0 0 0 448 341 32 2 66 0 0 5 0 106304 108376 129176 134108 0 0 280032 0 1197 474 21 78 1 0 0 4 0 106304 102672 135176 133832 0 0 209516 0 1270 537 43 57 0 0 0 2 0 106304 111156 126228 134268 0 0 184320 0 1315 749 42 58 0 0 0 2 0 106304 119968 116840 134748 0 0 237280 0 1211 472 29 71 0 0 0 0 0 106304 238144 0 134616 0 0 144252 0 1158 684 41 55 3 0 0 0 0 106304 238144 0 134616 0 0 0 0 920 834 55 8 37 0 0

发现读磁盘时（也就是 bi 大于 0 时），Buffer 和 Cache 都在增长，但显然 Buffer 的增长快很多。这说明读磁盘时，数据缓存到了 Buffer 中。结论：

• Buffer 既可以用作“将要写入磁盘数据的缓存”，也可以用作“从磁盘读取数据的缓存”。
• Cache 既可以用作“从文件读取数据的页缓存”，也可以用作“写文件的页缓存”。

Buffer 是对磁盘数据的缓存，而 Cache 是文件数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中。

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