什么是 Page Cache？

应用程序产生Page Cache的逻辑示意图

通过这张图片你可以清楚地看到，红色的地方就是 Page Cache，很明显，Page Cache 是内核管理的内存，也就是说，它属于内核不属于用户。

查看 Page Cache:

• meminfo

$ cat /proc/meminfo
...
Buffers:            1224 kB
Cached:           111472 kB
SwapCached:        36364 kB
Active:          6224232 kB
Inactive:         979432 kB
Active(anon):    6173036 kB
Inactive(anon):   927932 kB
Active(file):      51196 kB
Inactive(file):    51500 kB
...
Shmem:             10000 kB
...
SReclaimable:      43532 kB
...

内存计算:

• Buffers + Cached + SwapCached = Active(file) + Inactive(file) + Shmem + SwapCached
  • Buffers + Cached 拆分为 Active(file) + Inactive(file) + Shmem
• 等式两边的内容就是我们平时说的 Page Cache

Active(file)+Inactive(file) 是 File-backed page（与文件对应的内存页）。平时用的 mmap() 内存映射方式和 buffered I/O 来消耗的内存就属于这部分.

SwapCached 是在打开了 Swap 分区后，把 Inactive(anon)+Active(anon) 这两项里的匿名页给交换到磁盘（swap out），然后再读入到内存（swap in）后分配的内存。由于读入到内存后原来的 Swap File 还在，所以 SwapCached 也可以认为是 File-backed page，即属于 Page Cache。这样做的目的也是为了减少 I/O。

• 建议在生产环境中关闭 Swap 分区，因为 Swap 过程产生的 I/O 会很容易引起性能抖动。

Shmem 是指匿名共享映射这种方式分配的内存（free 命令中 shared 这一项），比如 tmpfs（临时文件系统），这部分在真实的生产环境中产生的问题比较少.

free 命令中的 buff/cache

$ free -k
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        7926580     7277960      492392       10000      156228      430680
Swap:       8224764      380748     7844016

• buff/cache = Buffers + Cached + SReclaimable
• 强调的是内存的可回收性，也就是说，可以被回收的内存会统计在这一项
• SReclaimable 是指可以被回收的内核内存，包括 dentry 和 inode 等

不使用 Page Cache 的思路

• 第一种，应用程序维护自己的 Cache 做更加细粒度的控制，比如 MySQL 就是这样做的，你可以参考MySQL Buffer Pool ，它的实现复杂度还是很高的。对于大多数应用而言，实现自己的 Cache 成本还是挺高的，不如内核的 Page Cache 来得简单高效。
• 第二种，直接使用 Direct I/O 来绕过 Page Cache，不使用 Cache 了，省的去管它了。这种方法可行么？那我们继续用数据说话，看看这种做法的问题在哪儿？

为什么需要 Page Cache？

1. 先生成一个 1G 文件

$ ddif=/dev/zeroof=/home/yafang/test/dd.outbs=4096count=((1024*256))

1. 其次，清空 Page Cache，需要先执行一下 sync 来将脏页同步到磁盘再去 drop cache

$ sync && echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

第一次读取文件的耗时如下：

$ time cat /home/yafang/test/dd.out &> /dev/null
real  0m5.733s
user  0m0.003s
sys  0m0.213s

再次读取文件的耗时如下：

$ time cat /home/yafang/test/dd.out &> /dev/null 
real  0m0.132s
user  0m0.001s
sys  0m0.130s

Page Cache 存在的意义：减少 I/O，提升应用的 I/O 速度。
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