在Linux中經常發現空閑內存很少，似乎所有的內存都被系統占用了，表面感覺是內存不夠用了，其實不然。這是Linux內存管理的一個優秀特性，區別于 Windows的內存管理。

主要特點是，無論物理內存有多大，Linux 都將其充份利用，將一些程序調用過的硬盤數據讀入內存，利用內存讀寫的高速特性來提高Linux系統的數據訪問性能。而Windows 是只在需要內存時，才為應用程序分配內存，并不能充分利用大容量的內存空間。換句話說，Linux自身的預分配內存機制使得主機上的物理內存會全部被用上。每增加一些物理內存，Linux 都會將它充分利用起來，發揮了硬件投資帶來的好處，而Windows只將其做為擺設，即使增加8GB甚至更大。

Linux 的這一特性，能夠利用空閑的物理內存，劃出部份空間，做為 cache 和 buffers ，以此提高數據訪問性能。

1、什么是 cache ?

頁高速緩存(cache)是 Linux內核實現的一種主要磁盤緩存。它主要用來減少對磁盤的I/O操作。具體地講，是通過把磁盤中的數據緩存到物理內存中，把對磁盤的訪問變為對物理內存的訪問。

磁盤高速緩存的價值在于兩個方面：第一，訪問磁盤的速度要遠遠低于訪問內存的速度，因此，從內存訪問數據比從磁盤訪問速度更快。第二，數據一旦被訪問，就很有可能在短期內再次被訪問到。

頁高速緩存是由內存中的物理頁組成的，緩存中每一頁都對應著磁盤中的多個塊。每當內核開始執行一個頁I/O操作時(通常是對普通文件中頁大小的塊進行磁盤操作)，首先會檢查需要的數據是否在高速緩存中，如果在，那么內核就直接使用高速緩存中的數據，從而避免訪問磁盤。

舉個例子，當使用文本編輯器打開一個源程序文件時，該文件的數據就被調入內存。編輯該文件的過程中，越來越多的數據會相繼被調入內存頁。最后，當你編譯它的時候，內核可以直接使用頁高速緩存中的頁，而不需要重新從磁盤讀取該文件了。因為用戶往往會反復讀取或操作同一個文件，所以頁高速緩存能減少大量的磁盤操作。

2、cache 如何更新?

由于頁高速緩存的緩存作用，寫操作實際上會被延遲。當頁高速緩存中的數據比后臺存儲的數據更新時，那么該數據就被稱做臟數據。在內存中累積起來的臟頁最終必須被寫回磁盤。

在以下兩種情況發生時，臟頁被寫回磁盤：

◆當空閑內存低于一個特定的閾值時，內核必須將臟頁寫回磁盤，以便釋放內存。

◆當臟頁在內存中駐留時間超過一個特定的閾值時，內核必須將超時的臟頁寫回磁盤，以確保臟頁不會無限期地駐留在內存中。

在2.6內核中，由一群內核線程—pdflush后臺回寫例程統一執行兩種工作。

首先，pdflush線程在系統中的空閑內存低于一個特定的閾值時，將臟頁刷新回磁盤。該后臺回寫例程的目的在于在可用物理內存過低時，釋放臟頁以重新獲得內存。特定的內存閾值可以通過dirty_background_ratio sysctl系統調用設置。

當空閑內存比閾值：dirty_background_ratio還低時，內核便會調用函數wakeup_bdflush()喚醒一個pdflush線程，隨后pdflush線程進一步調用函數background_writeout()開始將臟頁寫回磁盤。函數background_ writeout()需要一個長整型參數，該參數指定試圖寫回的頁面數目。函數background_writeout()會連續地寫出數據，直到滿足以下兩個條件：

◆已經有指定的最小數目的頁被寫出到磁盤。

◆空閑內存數已經回升，超過了閾值dirty_background_ratio。

上述條件確保了pdflush操作可以減輕系統中內存不足的壓力。回寫操作不會在達到這兩個條件前停止，除非pdflush寫回了所有的臟頁，沒有剩下的臟頁可再被寫回了。

為了滿足第二個目標，pdflush后臺例程會被周期性喚醒(和空閑內存是否過低無關)，將那些在內存中駐留時間過長的臟頁寫出，確保內存中不會有長期存在的臟頁。如果系統發生崩潰，由于內存處于混亂之中，所以那些在內存中還沒來得及寫回磁盤的臟頁就會丟失，所以周期性同步頁高速緩存和磁盤非常重要。在系統啟動時，內核初始化一個定時器，讓它周期地喚醒pdflush線程，隨后使其運行函數wb_kupdate()。

總結

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