LInux页高速缓存和页写回

页缓存

页缓存是由内存中的物理页面组成的，其内容对应磁盘上的物理块。

页缓存大小能动态调整，可以占用空闲内存以扩大大小，也可以自我收缩缓解内存使用压力。

如果读一个磁盘内容，我们会读内存，如果存在，则为缓存命中，如果没有命中，则会调用块io操作从磁盘读取数据，然后放到内存中。

缓存可以持有文件的全部内容，也可以存储文件的几页。

写缓存

进程写缓存时，缓存如何使用呢？

其实现一般是下面三种策略之一：

不缓存（nowrite）
高速缓存不去缓存任何写操作，当对一个缓存中的数据片写时，将直接写入磁盘，同时使对应缓存失效。
写透缓存（write-through cache)
更新缓存并且更新磁盘文件。
回写
修改缓存，并且标记为脏，页找机会自动回写到磁盘中，最后清楚脏标记。

缓存回收

缓存中的数据被清楚，给其他更重要的缓存腾出位置。

LRU

双链策略（修改的LRU）

维护活跃链表和不活跃链表，处于活跃链表被认为是热的不去换出，处于不活跃链表的页则可以换出。

Linux页高速缓存

高速缓存缓存的是内存页，页来自于文件，块设备文件，内存映射文件的读写。

同一个页可能缓存了多个不连续的物理块。

Linux页高速缓存使用使用addresss_space结构体来管理缓存项和执行页io操作。

该结构是vm_area_struct的物理地址的对等体，一个文件可以被多个vm_area_struct标记，但是它只能有一个address_space。

复制代码

struct address_space {
    struct inode *host;           // 指向与地址空间关联的 inode 结构的指针。
    struct radix_tree_root page_tree; // 用于管理与地址空间关联的页面的基数树。
    spinlock_t tree_lock;          // 用于保护对页面树的访问的自旋锁。
    atomic_t i_mmap_writable;      // 跟踪可写映射的计数器。
    unsigned long nrpages;         // 地址空间中页面的总数。
    unsigned long nrexceptional;   // 异常条目（空洞）的数量。
    pgoff_t writeback_index;       // 写回操作期间使用的页面偏移。
    const struct address_space_operations *a_ops; // 地址空间操作的函数指针。
    struct backing_dev_info *backing_dev_info;  // 关于后备存储设备的信息。
    struct wb_writeback_work wbs_task;  // 用于地址空间的写回控制结构。
    struct list_head private_list;  // 与地址空间关联的私有数据的链表头。
    struct address_space *assoc_mapping; // 在共享映射的情况下关联的映射。
};

缓冲区高速缓存：存放在页高速缓存中

独立的磁盘块通过io缓存也要被存到高速缓存（一个缓存时一个物理块在内存中的表示）。

缓冲和页高速缓存并非天生统一的，2.4内核的主要功能就是统一它们，在早期内核中，页高速缓存缓存页面，缓冲缓存缓冲区（磁盘块映射），并没有统一，一个磁盘块可以同时存在于两个缓存中。今天我们只有一个磁盘缓存，即页高速缓存。

虽然如此，但是内核仍然需要在内存中使用缓冲来表示磁盘块，缓冲是用页映射块的，所以它在页高速缓存中。

flusher线程

页高速缓存，写操作实际上会被延迟，积累起来的脏数据被flusher线程写回磁盘。