最近操作系統不可謂不火，無論是華為的鴻蒙，還是騰訊的嵌入式操作系統，都激起不少水花。今天，我們來分享一個操作系統的底層技術，頁緩存。

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背景

我們都知道，在馮諾依曼計算機架構體系中，存儲器有著舉足輕重的作用，相對于計算單元，存儲器的讀寫速度明顯慢很多。無論是機械硬盤，固態硬盤還是最新的Flash閃存，其讀寫速度都比內存慢很多。一旦一個應用需要讀寫磁盤，那么瓶頸經常就會在磁盤讀寫。

頁緩存

為了解決這個問題，操作系統一般會使用頁緩存來解決，我們也稱之為磁盤緩存。當進程訪問磁盤的時候，操作系統首先會進行檢查磁盤緩存，如果發現緩存上面有數據，那么直接返回緩存上的內容，大大減少了磁盤被訪問的次數，提高了操作系統的性能。

那么，磁盤的內容是如何被緩存起來的呢?當進程訪問磁盤的時候，如果頁緩存上沒有對應的信息，那么會在磁盤中把當頁讀取出來，并往后預讀若干頁放入緩存，如果后面這個緩存被命中，就會預讀更多緩存頁，這也是我們對一個文件連續訪問，會感覺到比較快的原因。

寫數據的時候，如果數據已經在緩存頁，那么會優先把數據更新在緩存頁。這里心細的同學可能會問，那豈不是磁盤中的是臟數據?的確如此，操作系統會會有一定策略把頁緩存的數據再統一寫進磁盤，在Linux操作系統中，默認是臟頁達到一定比例就會寫入。有些操作系統，則會可以選擇臟頁達到一定數量，或者間隔一定時間。所以，當我們機器發生掉電的時候，是有一定的風險會丟失數據的。即便如此，我們也不會關閉頁緩存來使數據每次都能落盤成功。所以，假如我們的服務要做到高可用，強一致，使用分布式將數據寫到多個機器上進行備份才是硬道理。

總結

操作系統是計算機軟件中最核心的軟件之一，這里面有非常多地干貨值得我們學習，既有算法數據結構的，也有一些關乎底層物理硬件的設計思想，如果有興趣，歡迎關注我，我們一起學習共同進步。