问题

  • 执行sync的时候，操作系统在做了什么？
    • dd命令做系统后，立即弹出U盘，系统会提示U盘正在使用中，继续持续一段时间后才可以正常弹出，这段时间系统做了什么？
  • sudo dd if=/dev/sda1 of=/dev/null bs=1M count=1000连续读取两次为什么差距巨大

    proc文件系统

    /proc是LInux内核提供的一种特殊文件系统，可以通过proc和内核进行交互。比如我们可以从/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、统计数据等等。
    man proc ```cpp 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.

  2. - Buffer是相对原始磁盘块的临时存储，用来**缓存磁盘的数据。**这样内核就可以把写操作集中起来。假如我们当我们从网络上下载文件时，就可以利用buffer将分散的写操作集中起来合并成大的单次的写。
  3. > wget [https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/qt/archive/qt/5.12/5.12.8/single/qt-everywhere-src-5.12.8.zip](https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/qt/archive/qt/5.12/5.12.8/single/qt-everywhere-src-5.12.8.zip)
  4. > 观察vmstat输出
  6. - 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**。下次访问磁盘的时候，就可以直接从内存中快速访问到，不需要再次访问缓慢的磁盘
  8. <a name="VlCfS"></a>
  9. # 问题
  11. - Buffer是磁盘读缓存还是写缓存？
  12. - Cached是磁盘文件的读缓存，那么会不会也缓存写文件的数据？
  13. <a name="aY59o"></a>
  14. ## 磁盘和文件写案例
  15. ```bash
  16. # 清理文件页、目录项、Inodes等
  17. echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

运行以下命令，观察buff（KB）、cached、bi（block input）、bo
dd if=/dev/urandom of=/tmp/file bs=1M count=1000

  1. # 清理下buffer/cached
  2. echo 3 > /proc/sys/vm/drop_chches 
  3. # 执行命令
  4. kylin@kylin-thinkpad-t14-gen-1 ~> sudo dd if=/dev/urandom of=/tmp/file bs=1M count=1000 status=progress;time sync
  5. 1017118720 bytes (1.0 GB, 970 MiB) copied, 27 s, 37.6 MB/s
  6. 1000+0 records in
  7. 1000+0 records out
  8. 1048576000 bytes (1.0 GB, 1000 MiB) copied, 27.8993 s, 37.6 MB/s
  10. ________________________________________________________
  11. Executed in    5.19 millis    fish           external
  12.    usr time  992.00 micros  161.00 micros  831.00 micros
  13.    sys time   70.00 micros   70.00 micros    0.00 micros
  1. # vmstat变化情况
  2. kylin@kylin-thinkpad-t14-gen-1 ~> vmstat 1
  3. procs -----------memory----------   ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
  4.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
  5.   1  0  26880 3777832   4280 2150192    0    0     0   168 1651 2593  0  1 99  0  0
  6.  2  0  26880 3777840   4280 2150196    0    0     0     0 1648 2630  0  1 99  0  0
  7.  0  0  26880 3777832   4396 2150148    0    0   116     0 1789 3012  1  1 98  0  0
  8.  0  0  26880 3777840   4396 2150148    0    0     0     0 1626 2557  0  1 99  0  0
  9.  0  0  26880 3777572   4396 2150148    0    0     0     0 1666 2617  1  1 98  0  0
  10.  1  0  26880 3756112   5504 2168320    0    0  2464   244 2596 3441  1  9 90  0  0
  11.  1  0  26880 3717296   5504 2207164    0    0     0     0 2404 2846  0 14 85  0  0
  12.  1  0  26880 3679400   5504 2245068    0    0     0     0 2731 2871  0 13 87  0  0
  13.  1  0  22784 3641520   5504 2287352    0    0     0     0 2768 3156  1 18 81  0  0
  14.  1  0  22784 3603632   5504 2325240    0    0     0     0 2646 2862  0 17 83  0  0
  15.  1  0  22784 3565752   5536 2363140    0    0    20 187936 2835 2807  0 15 84  1  0
  16.  1  0  22784 3527856   5536 2401012    0    0     0     0 2576 2984  0 16 84  0  0
  17.  1  0  22784 3488968   5536 2439952    0    0     0     0 2215 2543  0 15 85  0  0
  18.  1  0  22784 3451096   5536 2477844    0    0     0     0 2321 2720  0 17 83  0  0
  19.  1  0  22784 3413704   5544 2515728    0    0     0   100 2721 3116  0 18 81  0  0
  20.  1  0  22784 3376084   5548 2553604    0    0     4 188420 2579 2785  0 17 82  1  0
  21.  1  0  22784 3338352   5548 2591660    0    0     0     0 2255 2597  0 15 85  0  0
  22.  1  0  22784 3301112   5548 2628876    0    0     0     0 2602 3063  0 17 83  0  0
  23.  1  0  22784 3261972   5548 2667828    0    0     0     0 2438 2641  0 16 84  0  0
  24.  1  0  22784 3223808   5556 2705260    0    0     0    68 2274 2719  0 15 85  0  0
  25.  1  0  22784 3187164   5564 2742104    0    0     8 188528 2714 3156  1 17 82  1  0
  26.  1  0  22784 3149064   5564 2779976    0    0     0     0 2514 2789  0 18 82  0  0
  27.  1  0  22784 3111184   5564 2817884    0    0     0     0 2368 2766  0 15 84  0  0
  28.  1  0  22784 3073548   5564 2855756    0    0     0     0 2531 2999  0 16 84  0  0
  29.  1  0  22784 3035668   5572 2893848    0    0     0    36 2308 2659  0 14 86  0  0
  30.  1  0  22784 2998528   5576 2930528    0    0     4 188420 2508 2750  0 15 84  1  0
  31.  1  0  22784 2960648   5576 2968396    0    0     0     0 2576 2996  0 15 85  0  0
  32.  1  0  22784 2923028   5576 3006288    0    0     0     0 2429 2790  0 15 85  0  0
  33.  1  0  22784 2885156   5576 3044192    0    0     0     0 2467 2664  0 15 84  0  0
  34.  1  0  22784 2847252   5584 3082384    0    0     0    36 2598 3096  0 16 83  0  0
  35.  1  1  22784 2809364   5584 3120200    0    0     0 33820 2557 2881  0 14 86  0  0
  36.  1  0  22784 2772752   5592 3156872    0    0     8 153604 2759 2900  0 14 85  0  0
  37.  1  0  22784 2734620   5592 3194716    0    0     0     0 2504 2974  0 16 83  0  0
  38.  0  0  22784 2721460   5956 3208672    0    0   400 84184 2228 3198  0  6 94  0  0
  39.  0  0  22784 2721712   5956 3208672    0    0     0     0 1600 2473  0  0 99  0  0
  40.  0  0  22784 2721728   5956 3208672    0    0     0     0 1713 2784  1  1 99  0  0

计算：
(187936 + 100 + 188420 + 188528 + 188420 + 33820 + 153604 + 84184)/1024 = 1000MB
观察到的现象：

  • Cahed在不停增长，但是Buff基本不变
  • 观察块设备的I/O，bi很少，bo过一段时间会出现一个大量的设备写
  • dd命令结束后，cache不再增长，bo会再持续一小会儿。

前边说Cache是文件读的页缓存，为什么写文件时也会增长？

  1. root@kylin-thinkpad-t14-gen-1 ~>echo 3 > /proc/sys/vm/drop_chches
  2. kylin@kylin-thinkpad-t14-gen-1 ~>sudo dd if=/dev/urandom of=/dev/sda1 bs=1M count=1000;time sync
  3. 1012924416 bytes (1.0 GB, 966 MiB) copied, 27 s, 37.5 MB/s
  4. 1000+0 records in
  5. 1000+0 records out
  6. 1048576000 bytes (1.0 GB, 1000 MiB) copied, 27.9153 s, 37.6 MB/s
  7. Executed in   71.87 secs   fish           external
  8.    usr time    0.01 secs  518.00 micros    0.01 secs
  9.    sys time    2.40 secs  238.00 micros    2.40 secs
  1. kylin@kylin-thinkpad-t14-gen-1 ~>vmstat 1
  2. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
  3.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
  4.   0  0  35328 3820400   2712 1976404    0    0     0     0 1624 2752  0  0 99  0  0
  5.  0  0  35328 3820400   2712 1976388    0    0     0     0 1572 2540  0  0 99  0  0
  6.  0  0  35328 3820400   3136 1976304    0    0   416    40 1624 2673  1  1 99  0  0
  7.  0  0  35328 3820148   3136 1976404    0    0     0     0 1692 2744  1  0 99  0  0
  8.  0  0  35328 3820148   3136 1976388    0    0     0     0 1613 2572  1  1 99  0  0
  9.  0  0  35328 3820148   3136 1976404    0    0     0     0 1579 2523  1  0 99  0  0
  10.  0  0  35328 3817940   4572 1978384    0    0  3340    64 1890 3151  1  1 98  0  0
  11.  0  0  35328 3817964   4572 1978308    0    0     0   172 1725 2713  1  0 99  0  0
  12.  0  0  35328 3817712   4572 1978324    0    0     0     0 1627 2581  0  1 99  0  0
  13.  1  0  35328 3793456  22680 1982396    0    0  1440    28 2348 3302  1  7 92  0  0
  14.  1  0  35328 3749356  59544 1989908    0    0     0     0 2601 2869  1 16 83  0  0
  15.  1  0  35328 3704956  96408 1997528    0    0     0     0 2412 2849  1 16 83  0  0
  16.  1  0  35328 3660280 133272 2005152    0    0     0     0 2631 2943  0 19 80  0  0
  17.  1  0  35328 3615572 170136 2012812    0    0     0     0 2421 2825  0 18 82  0  0
  18.  1  1  35328 3569996 208024 2020676    0    0     0 12569 2637 2938  0 19 77  4  0
  19.  1  2  35328 3525224 244896 2028272    0    0     0  6172 2617 3047  0 18 66 16  0
  20.  2  1  35328 3480928 281760 2035932    0    0     0 18432 2453 2913  0 14 70 15  0
  21.  2  1  35328 3436512 318624 2043592    0    0     0     0 2483 2701  0 18 70 12  0
  22.  1  1  35328 3393296 354464 2051008    0    0     0 18432 2536 3238  0 19 74  7  0
  23.  1  1  35328 3348208 391328 2059172    0    0     0  2048 2605 2799  0 16 72 12  0
  24.  1  1  35328 3303576 428200 2066896    0    0     0 16420 2703 2935  0 18 71 11  0
  25.  1  1  35328 3259040 465072 2074388    0    0     8  9216 2542 3073  0 17 72 11  0
  26.  1  2  35328 3214412 501936 2081620    0    0     0  9216 2420 2764  0 15 72 12  0
  27.  1  1  35328 3170860 537776 2090064    0    0     0 15360 2434 2882  0 16 72 12  0
  28.  1  1  35328 3126108 574640 2097704    0    0     0  3072 2377 2927  0 18 70 12  0
  29.  1  1  35328 3091164 610484 2104228    0    0     4 18440 2454 2996  0 18 71 10  0
  30.  1  1  35328 3046964 647348 2111792    0    0     0     0 2525 2791  0 17 71 12  0
  31.  1  1  35328 3003624 683196 2119212    0    0     0 18456 2434 3134  0 16 72 11  0
  32.  1  1  35328 2959312 720068 2126868    0    0    60  5120 2566 2781  0 16 73 11  0
  33.  1  2  35328 2914476 756932 2134572    0    0     0 13312 2503 2968  0 15 68 17  0
  34.  1  1  35328 2871172 792772 2141996    0    0     0 12288 2375 2964  0 17 66 17  0
  35.  1  1  35328 2827068 829636 2149656    0    0     0  6144 2533 2969  0 17 71 11  0
  36.  1  1  35328 2783476 865492 2157076    0    0     0 18540 2507 2992  0 17 73  9  0
  37.  1  1  35328 2738896 902492 2164800    0    0   136     0 2496 2892  0 16 72 12  0
  38.  1  1  35328 2695872 938332 2173244    0    0     0 18432 2624 3046  0 17 72 11  0
  39.  1  1  35328 2651528 975196 2180888    0    0     0  2048 2477 2812  0 15 73 12  0
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  127.  0  0  22272 2583340 1031896 2205128    0    0     0     0 1530 2448  0  0 99  0  0
  128.  0  0  22272 2583348 1031896 2205144    0    0     0     0 1573 2709  0  0 99  0  0
  129.  0  0  22272 2583592 1031896 2205144    0    0     0     0 1561 2546  0  0 99  0  0

观察到的现象：
虽然同样是写数据，但是写文件和写磁盘的现象不同。写磁盘时，buffer和cached都在增长，但是buffer的增长还是快的多。
说明写磁盘用到了大量的buffer
对比上述两个案例，可以发现写文件时会用到cache缓存数据，写磁盘会用buffer来缓存数据。所以Cache虽然只说了cache是文件读的缓存，但实际上，写文件时cache也会缓存

磁盘和文件读案例

读取文件数据

  1. echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
  2. kylin@kylin-thinkpad-t14-gen-1 /tmp> dd if=/tmp/file of=/dev/null;time sync
  3. 2048000+0 records in
  4. 2048000+0 records out
  5. 1048576000 bytes (1.0 GB, 1000 MiB) copied, 0.945094 s, 1.1 GB/s
  7. ________________________________________________________
  8. Executed in    5.09 millis    fish           external
  9.    usr time  878.00 micros  146.00 micros  732.00 micros
  10.    sys time   57.00 micros   57.00 micros    0.00 micros
  1. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
  2.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
  3.  0  0  35072 3822304   2744 1975760    0    0     0     0 1562 2609  0  0 99  0  0
  4.  0  0  35072 3822288   2744 1975832    0    0     0     0 1714 2942  1  0 98  0  0
  5.  0  0  35072 3822760   2744 1975376    0    0     0     0 1533 2489  0  0 100  0  0
  6.  0  0  35072 3822540   2752 1975304    0    0     0    48 1553 2519  0  0 99  0  0
  7.  0  0  35072 3822784   2752 1975320    0    0     0     0 1666 2810  1  0 99  0  0
  8.  0  0  35072 3822800   2752 1975304    0    0     0     0 1568 2562  1  0 99  0  0
  9.  1  0  35072 3409084   3492 2388644    0    0 413608     0 5034 2835  1  5 93  0  0
  10.  0  0  35072 2795704   3988 3001184    0    0 611748    76 6903 3232  1  8 91  0  0
  11.  0  0  35072 2795720   4132 3001504    0    0   240     0 1535 2483  1  0 99  0  0
  12.  0  0  35072 2795704   4132 3001504    0    0     0     0 1542 2565  0  0 99  0  0
  13.  0  0  35072 2795720   4132 3001504    0    0     0     0 1653 2889  1  0 99  0  0
  14.  1  0  35072 2795452   4132 3001488    0    0     0     0 1551 2503  0  1 99  0  0
  15.  0  0  35072 2795468   4132 3001472    0    0     0     0 1505 2505  1  0 99  0  0
  16.  0  0  35072 2795460   4132 3001488    0    0     0     0 1605 2722  1  1 99  0  0

cache猛增 buffer基本不变，和查到的定义相符
读取磁盘数据

  1. echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
  2. dd if=/dev/sda1 of=/dev/null bs=1M count=1024
  3. Input Password
  4. 100+0 records in
  5. 100+0 records out
  6. 104857600 bytes (105 MB, 100 MiB) copied, 0.928879 s, 113 MB/s
  7. ________________________________________________________
  8. Executed in   14.45 millis    fish           external
  9.    usr time    0.57 millis  574.00 micros    0.00 millis
  10.    sys time    2.37 millis    0.00 micros    2.37 millis
  1. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
  2.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
  3.   0  0  26368 3780484  12856 2001404    0    0     0     0 1546 2560  1  1 99  0  0
  4.  1  0  26368 3777604  13552 2002396    0    0  1812   116 1924 3439  2  1 97  0  0
  5.  0  0  26368 3777648  13552 2002560    0    0     0     0 1572 2580  0  0 100  0  0
  6.  0  0  26368 3777648  13552 2002544    0    0     0     0 1526 2598  0  0 99  0  0
  7.  0  1  26368 3674964 114044 2003484    0    0 101232    60 2344 4231  1  2 93  4  0
  8.  0  0  26368 3667908 122468 2003612    0    0  8460   436 1695 2845  1  1 97  1  0
  9.  0  0  26368 3667908 122468 2003612    0    0     0     0 1478 2578  0  0 99  0  0
  10.  0  0  26368 3667884 122468 2003676    0    0     0     0 1505 2738  1  1 99  0  0
  11.  0  0  26368 3667656 122468 2004124    0    0     0     0 1540 2582  1  0 99  0  0
  12.  0  0  26368 3668112 122468 2003668    0    0     0     0 1510 2519  0  0 99  0  0
  13.  0  0  26368 3667844 122644 2003644    0    0     0  1296 1909 3608  1  1 97  1  0
  14.  1  0  26368 3667592 122644 2003644    0    0     0     0 1511 2561  1  0 99  0  0
  15.  1  0  26368 3667340 122644 2003648    0    0     4     0 1451 2455  1  1 99  0  0
  16.  0  0  26368 3667592 122644 2003648    0    0     0     0 1585 2826  1  1 99  0  0
  17.  0  0  26368 3667592 122644 2003664    0    0     0     0 1453 2432  0  0 99  0  0

buffer增长，说明数据都到了buffer中。
所以对于man手册的进一步补充的、更加精确的定义应该为：

  • Buffer：将要写入磁盘数据的缓存，以及从磁盘读取数据的缓存

  • Cache：从文件读取数据的页缓存，以及写文件的缓存

    磁盘和文件的区别

    磁盘是块设备，可以划为不同的分区，分区上还可以再建立文件系统，之后再挂载到某个目录，之后才可以在这个目录读写文件
    cache中所指的文件是普通文件，磁盘是块设备文件。
    所以Cache是page cache，buffer是block buffer。
    一个文件的读，应该是先到block buffer然后到page cache，这样一个文件会被cache两次，所以后来的linux将两个cache统一了，page cache直接指向block buffer，对于非文件就直接是block buffer。

    TODO

  • 动态追踪——Perf