上一节，我们梳理了 Linux 内存管理的基本原理，并学会了用 free 和 top 等工具，来查看系统和进程的内存使用情况。

内存和CPU的关系非常紧密，而内存管理本身也是很复杂的机制，所以感觉知识很硬核、很难啃，都是正常的。但还是那句话，初学时不用非得理解所有内容，继续往后学，多理解相关的概念并配合一定的实践之后，再回头复习往往会容易不少。先来回顾一下系统的内存使用情况，比如下面这个 free输出界面∶

显然，这个界面包含了物理内存Mem 和交换分区 Swap的具体使用情况，比如总内存、已用内存、缓存、可用内存等。其中缓存是 Buffer和 Cache 两部分的总和。

这里的大部分指标都比较容易理解，但 Buffer和Cache 可能不太好区分。从字面上来说，Buffer是缓冲区，而Cache是缓存，两者都是数据在内存中的临时存储。那么，你知道这两种"临时存储"有什么区别吗?

用 man 命令查询 free的文档，就可以找到对应指标的详细说明。比如，我们执行 man free，就可以看到下面这个界面。

从 free的手册中，你可以看到 buffer和 cache的说明。

这里的说明告诉我们，这些数值都来自/proc/meminfo，但更具体的Buffers、Cached和SReclaimable的含义还是没有说清楚。

那么，有没有更简单、更准确的方法，来查询它们的含义呢?

我在前面CPU性能模块就曾经提到过，/proc是 Linux 内核提供的一种特殊文件系统，是用户跟内核交互的接口。比方说，用户可以从/proc中查询内核的运行状态和配置选项，查询进程的运行状态、统计数据等，当然，你也可以通过/proc 来修改内核的配置。

proc 文件系统同时也是很多性能工具的最终数据来源。比如我们刚才看到的 free，就是通过读取/proc/meminfo，得到内存的使用情况。

既然Buffers、Cached、SReclaimable这几个指标不容易理解，那我们还得继续查 proc 文件系统，获取它们的详细定义。执行man proc，你就可以得到proc 文件系统的详细文档。

注意这个文档比较长，你最好搜索一下（比如搜索 meminfo），以便更快定位到内存部分。

通过这个文档，我们可以看到∶

好了，我们终于找到了这三个指标的详细定义。到这里，你是不是长舒一口气，满意地想着，总算弄明白Buffer和Cache了。不过，知道这个定义就真的理解了吗?这里我给你提了两个问题，你先想想能不能回答出来。

第一个问题，Buffer 的文档没有提到这是磁盘读数据还是写数据的缓存，而在很多网络搜索的结果中都会提到Buffer 只是对将要写入磁盘数据的缓存。那反过来说，它会不会也缓存从磁盘中读取的数据呢?

第二个问题，文档中提到，Cache是对从文件读取数据的缓存，那么它是不是也会缓存写文件的数据呢?

为了解答这两个问题，接下来用几个案例来展示，Buffer 和Cache在不同场景下的使用情况。

 预先安装 systat 包，之所以要安装 systat，是因为我们要用到vmstat，来观察 Buffer和Cache的变化情况。虽然从/proc/meminfo 里也可以读到相同的结果，但毕竟还是 vmstat 的结果更加直观。 另外，这几个案例使用了dd来模拟磁盘和文件的/O，所以我们也需要观测I/O的变化情况。最后一步，为了减少缓存的影响，记得在第一个终端中，运行下面的命令来清理系统缓存∶

这里的/proc/sys/vm/drop_caches，就是通过proc文件系统修改内核行为的一个示例，写入3表示清理文件页、目录项、Inodes等各种缓存。

首先，在第一个终端，运行下面这个vmstat命令∶

输出界面里，内存部分的 buff和 cache，以及 io 部分的bi和bo 就是我们要关注的重点。

正常情况下，空闲系统中，你应该看到的是，这几个值在多次结果中一直保持不变。接下来，到第二个终端执行 dd 命令，通过读取随机设备，生成一个 1000MB大小的文件∶

观察Buffer，Cache的变化情况

通过观察 vmstat 的输出，我们发现，在dd命令运行时，Cache在不停地增长，而Buffer 基本保持不变。再进一步观察 I/O的情况，你会看到：

把这个结果，跟我们刚刚了解到的Cache 的定义做个对比，你可能会有点晕乎。为什么前面说 Cache 是文件读的页缓存，怎么现在写文件也有它的份?

这个疑问，我们暂且先记下来，接着再来看另一个磁盘写的案例。两个案例结束后，我们再统一进行分析。

不过，对于接下来的案例，我必须强调一点∶

下面的命令对环境要求很高，需要你的系统配置多块磁盘，并且磁盘分区/dev/sdb1还要处于未使用状态。如果你只有一块磁盘，千万不要尝试，否则将会对你的磁盘分区造成损坏。运行下面的命令。清理缓存后，向磁盘分区/dev/sdb1写入 2GB的随机数据∶

观察内存和I/O的变化

从这里你会看到，虽然同是写数据，写磁盘跟写文件的现象还是不同的。写磁盘时（也就是bo 大于0时），Buffer和Cache都在增长，但显然 Buffer的增长快得多。这说明，写磁盘用到了大量的 Buffer，这跟我们在文档中查到的定义是一样的。

对比两个案例，我们发现，写文件时会用到Cache 缓存数据，而写磁盘则会用到 Buffer来缓存数据。所以，回到刚刚的问题，虽然文档上只提到，Cache是文件读的缓存，但实际上，Cache 也会缓存写文件时的数据。

了解了磁盘和文件写的情况，我们再反过来想，磁盘和文件读的时候，又是怎样的呢?运行下面的命令。清理缓存后，从文件/tmp/file中，读取数据写入空设备∶

来到另外一个终端

观察vmstat的输出，你会发现读取文件时（也就是bi大于0时），Buffer保持不变，而Cache则在不停增长。这跟我们查到的定义"Cache 是对文件读的页缓存"是一致的。

如果不清理缓存，直接读取，你可以看到会非常的快，因为之前写入文件就缓存起来了 863 MB/s。

那么，磁盘读又是什么情况呢?  再运行第二个案例来看看。

首先，回到第二个终端，运行下面的命令。清理缓存后，从磁盘分区/dev/sda1中读取数据，写入空设备∶

在另外一个终端观察内存和I/O变化 

观察 vmstat的输出，你会发现读磁盘时（也就是bi大于0时），Buffer和Cache都在增长，但显然Buffer的增长快很多。这说明读磁盘时，数据缓存到了 Buffer中。

可以对比得出这个结论∶读文件时数据会缓存到Cache中，而读磁盘时数据会缓存到Buffer 中。

到这里你应该发现了，虽然文档提供了对Buffer和Cache的说明，但是仍不能覆盖到所有的细节。比如说，今天我们了解到的这两点∶

●  Buffer 既可以用作"将要写入磁盘数据的缓存"，也可以用作"从磁盘读取数据的缓存"。

●  Cache 既可以用作"从文件读取数据的页缓存"，也可以用作"写文件的页缓存". 这样，我们就回答了案例开始前的两个问题。

简单来说，Buffer 是对磁盘数据的缓存，而 Cache 是文件数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中。

今天，我们一起探索了内存性能中Buffer和Cache的详细含义。Buffer和Cache 分别缓存磁盘和文件系统的读写数据。

●从写的角度来说，不仅可以优化磁盘和文件的写入，对应用程序也有好处，应用程序可以在数据真正落盘前，就返回去做其他工作。

●  从读的角度来说，既可以加速读取那些需要频繁访问的数据，也降低了频繁I/O对磁盘的压力。

proc 文件系统也是我们的好帮手。它为我们呈现了系统内部的运行状态，同时也是很多性能工具的数据来源，是辅助排查性能问题的好方法。