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內存發現自己的空閑空間越來越少，經過一番調查，發現罪魁禍首居然是Linux老大!

內存：Linux老大，這也沒幾個程序在運行，可是你為什么老是占用我的內存啊，內存都快被你吃光了!

Linux ：你的容量那么大，空間閑著也是閑著，我啊，把那些空閑的空間都當成文件緩存了!

內存： 你看看你， 把這文件“拆成”了4K的碎片，這兒放一片，那兒放一片，把我的內存空間搞得亂糟糟的。

Linux ：這叫做Page Cache ， 其實一點也不亂，文件在哪一“片”內存中放著，我記得清清楚楚。我這么做也是不得已而為之啊，硬盤太慢，比你慢幾萬倍。CPU的一秒，你這里就是6分鐘，硬盤那里就是好幾個月!每次從他那里讀點兒數據，幾個月才給我回話， 我只好把讀出來的數據先緩存到你這里了。

內存看到這張表格，不由得咂舌：沒想到這外面的世界如此之慢啊!

正在此時， 一個叫helloworld的程序要讀取文件。

helloworld ：老大，我給你發了一個read系統調用，要讀取config.txt的前1024個字節，把結果放到我的buffer中。

Linux ：好，讓我看看config.txt是不是已經在Page Cache中了，真不巧，還沒緩存過。內存老弟，我又要吃你的空閑空間了。

Linux在內存中分配了一個4k 大小的page frame， 向硬盤發出DMA指令，讀取cong.txt的4k的數據。

內存感覺奇怪：人家helloworld只要1024個字節，你干嘛讓硬盤發過來4K數據?

Linux ：我這里Page cache 都是以4K為單位的， 讀一次得等幾個月，還不多讀一點?再說helloworld這小子很可能繼續讀文件的后續部分，下次就不用訪問硬盤了。

過了“幾個月” , 硬盤的數據復制到了內存的Page cache 中

內存說：這就完事了吧?

Linux ：怎么可能!我得從Page cache 中取出前1024個字節，復制到helloworld指定的buffer 中。

這個buffer其實是helloworld虛擬地址空間heap上的地址，物理地址也是在你的內存中。

內存：我的天!難道數據要在我內存中出現兩份?

Linux ：沒錯!你不知道，復制數據還得用CPU呢!很費勁的。

helloworld：老大，能不能讓我直接訪問你Page cache 中的數據?

Linux ：那怎么行，你在用戶空間，我在內核空間，你要是能訪問，在我這里搗亂怎么辦?必須禁止!

內存：嗯，有道理，不過，要是還有個程序，也要讀取config.txt的前1024個字節，怎么辦?

Linux: 那就簡單了啊， 我一查就知道數據已經在Page cache中了，不用等幾個月從硬盤讀了，直接復制到那個程序的緩沖區就行了。

內存：啊?這數據重復太多了吧!

Linux ：嗯，確實是個問題，現在這些程序，動輒訪問幾十個文件，每個程序都復制一份，確實是巨大的浪費。

內存：我給你支個招，既然那些程序運行訪問的都是虛擬地址，你讓這些虛擬地址映射到Page cache上，大家不就可以共享了。

Linux ：好主意，我來提供一個叫做mmap的系統調用，完成你說的功能。

helloworld運行結束，退出了。

內存： helloworld退出了，你一會兒會清理掉對應的page cache吧?

Linux：暫時不會!

內存：啊?怪不得內存快被你吃光了!

Linux : 唉呀，你的內存閑著也是閑著，文件緩存著，下次再訪問的時候，性能會有巨大提升!你放心，我會在合適的時機清理掉page cache的。

內存：那如果helloword修改文件內容呢?會立即寫入硬盤嗎?

Linux ：也不會，我只是標記這個Page cache “dirty”了， 然后我定期寫入硬盤。

內存：你怎么能這樣!這不是欺騙那些程序嗎!那要是斷電怎么辦?

Linux：對于需要及時寫入硬盤的，有兩種辦法，一是調用我提供的fsync方法強制寫入硬盤，二是在訪問文件的時候，可以指定不用Page cache。

內存：相當于什么都沒說，不用Page cache 多慢啊。

Linux ：你現在也知道page cache的重要性了吧。page cache 是一種比較通用的文件緩存機制，是我來管理的。有些應用，比如數據庫，他需要更加靈活、更加復雜的文件緩存，那他就不用page cache ，自己另起爐灶了。

內存：啊?數據庫也在把我當作緩存?

Linux : 哈哈，是啊，要怪就怪硬盤吧，誰讓它那么慢!不過他要是和你一樣快，你小子就要下崗了，你想想，在一個訪問速度超快，容量超大，還不怕斷電威脅的存儲器面前，你是不是就變成渣渣了?

內存嘆了一口氣： 好吧，我也管不了了，你們隨意折騰吧。

后記：本文的第一個圖和標題來自

https://www.linuxatemyram.com/， 文章的內容參考了https://manybutfinite.com/post/page-cache-the-affair-between-memory-and-files/ ，確切說，本文是加了料的改編版， 這個博客還有幾篇關于虛擬內存的文章，非常棒，強烈建議大家去看看英文原文。

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