磁盤緩存出現(xiàn)的原因大概有兩個：一是訪問磁盤的速度遠(yuǎn)慢于訪問內(nèi)存的速度，通過在內(nèi)存中緩存磁盤內(nèi)容可以提高訪問速度；二是根據(jù)程序的局部性原理，數(shù)據(jù)一旦被訪問過，就很有可能在短時間內(nèi)再次被訪問，所以在內(nèi)存中緩存磁盤內(nèi)容可以提高程序運(yùn)行速度。簡而言之，Linux磁盤緩存機(jī)制是為提高系統(tǒng)對磁盤中資源的訪問速度。

接下來我們先來詳細(xì)講解一下Linux磁盤緩存機(jī)制的兩大原因：

1.局部性原理

程序局部性原理：程序在執(zhí)行時呈現(xiàn)出局部性規(guī)律，即在一段時間內(nèi)，整個程序的執(zhí)行僅限于程序中的某一部分。相應(yīng)地，執(zhí)行所訪問的存儲空間也局限于某個內(nèi)存區(qū)域，具體來說，局部性通常有兩種形式：時間局部性和空間局部性。

時間局部性：被引用過一次的存儲器位置在未來會被多次引用。

空間局部性：如果一個存儲器的位置被引用，那么將來他附近的位置也會被引用。

2.頁緩存

Linux系統(tǒng)中為了減少對磁盤的IO操作，會將打開的磁盤內(nèi)容進(jìn)行緩存，而緩存的地方則是物理內(nèi)存，進(jìn)而將對磁盤的訪問轉(zhuǎn)換成對內(nèi)存的訪問，有效提高程序的速度。Linux的緩存方式是利用物理內(nèi)存緩存磁盤上的內(nèi)容，稱為頁緩存（page cache）。

頁緩存是由內(nèi)存中的物理頁面組成的，其內(nèi)容對應(yīng)磁盤上的物理塊。頁緩存的大小會根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)存空閑大小進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，它可以通過占用內(nèi)存以擴(kuò)張大小，也可以自我收縮以緩解內(nèi)存使用壓力。

在虛擬內(nèi)存機(jī)制出現(xiàn)以前，操作系統(tǒng)使用塊緩存系列，但是在虛擬內(nèi)存出現(xiàn)以后，操作系統(tǒng)管理IO的粒度更大，因此采用了頁緩存機(jī)制，頁緩存是基于頁的、面向文件的緩存機(jī)制。

在這次遇到的線上故障中，根本原因在于在業(yè)務(wù)邏輯中使用了臨時文件做緩存，一個臨時文件創(chuàng)建后如果在短時間內(nèi)刪除，這時候?qū)@個文件的操作都是在頁緩存內(nèi)進(jìn)行，不會實(shí)際回寫到磁盤。當(dāng)程序出現(xiàn)問題響應(yīng)變慢時，臨時文件存活時間變長，就可能會使其被回寫到磁盤上，導(dǎo)致磁盤壓力過大，進(jìn)而影響整個系統(tǒng)。

Linux系統(tǒng)在讀取文件時，會優(yōu)先從頁緩存中讀取文件內(nèi)容，如果頁緩存不存在，系統(tǒng)會先從磁盤中讀取文件內(nèi)容更新到頁緩存中，然后再從頁緩存中讀取文件內(nèi)容并返回。大致過程如下：

1)進(jìn)程調(diào)用庫函數(shù)read發(fā)起讀取文件請求

2)內(nèi)核檢查已打開的文件列表，調(diào)用文件系統(tǒng)提供的read接口

3)找到文件對應(yīng)的inode，然后計(jì)算出要讀取的具體的頁

4)通過inode查找對應(yīng)的頁緩存，如果頁緩存節(jié)點(diǎn)命中，則直接返回文件內(nèi)容；如果沒有對應(yīng)的頁緩存，則會產(chǎn)生一個缺頁異常（page fault）。這時系統(tǒng)會創(chuàng)建新的空的頁緩存并從磁盤中讀取文件內(nèi)容，更新頁緩存，然后重復(fù)第4步

5)讀取文件返回

所以說，所有的文件內(nèi)容的讀取，無論最初有沒有命中頁緩存，最終都是直接來源于頁緩存。

Linux系統(tǒng)磁盤故障的根本原因在于在業(yè)務(wù)邏輯中使用了臨時文件做緩存，一個臨時文件創(chuàng)建后如果在短時間內(nèi)刪除，這時候?qū)@個文件的操作都是在頁緩存內(nèi)進(jìn)行，不會實(shí)際回寫到磁盤。當(dāng)程序出現(xiàn)問題響應(yīng)變慢時，臨時文件存活時間變長，就可能會使其被回寫到磁盤上，導(dǎo)致磁盤壓力過大，進(jìn)而影響整個系統(tǒng)。我們搞懂了Linux磁盤緩存機(jī)制，此類問題也就迎刃而解了。想要學(xué)習(xí)更多Linux相關(guān)的知識，本站的Linux教程無疑是你最佳的選擇，短期幫你快速提升Linux系統(tǒng)的知識水平，鍛煉你的實(shí)戰(zhàn)能力。