- Was ist der Unterschied zwischen "Puffer" und dem anderen Cache?
- Warum sehen wir diese Unterscheidung so prominent? (Möglicher historischer Grund)
- Wofür werden
Buffersverwendet?
- Warum können wir
Buffersinsbesondere erwarten , dass sie größer oder kleiner sind?
1. Was ist der Unterschied zwischen "Puffer" und dem anderen Cache-Typ?
BuffersGibt die Größe des Seitencaches an, der für Blockgeräte verwendet wird. Der Kernel muss diesen Betrag absichtlich vom Rest des Seitencaches abziehen, wenn er meldet Cached.
Siehe meminfo_proc_show () :
cached = global_node_page_state(NR_FILE_PAGES) -
total_swapcache_pages() - i.bufferram;
...
show_val_kb(m, "MemTotal: ", i.totalram);
show_val_kb(m, "MemFree: ", i.freeram);
show_val_kb(m, "MemAvailable: ", available);
show_val_kb(m, "Buffers: ", i.bufferram);
show_val_kb(m, "Cached: ", cached);
2. Warum sehen wir diese Unterscheidung so deutlich? (Möglicher historischer Grund)
Der Seitencache arbeitet in Einheiten der MMU-Seitengröße, normalerweise mindestens 4096 Byte. Dies ist wichtig für den mmap()Zugriff auf speicherabgebildete Dateien. [1] [2] Es wird verwendet, um Seiten mit geladenem Programm- / Bibliothekscode für unabhängige Prozesse freizugeben und das Laden einzelner Seiten bei Bedarf zu ermöglichen. (Auch zum Entladen von Seiten, wenn etwas anderes den Speicherplatz benötigt und diese in letzter Zeit nicht verwendet wurden).
[1] Speicherzugeordnete E / A - Das Handbuch zur GNU C-Bibliothek.
[2] mmap- Wikipedia.
Frühe UNIX hatte einen "Puffer-Cache" von Plattenblöcken und hatte keine mmap (). Anscheinend haben sie beim erstmaligen Hinzufügen von mmap () einfach den Seiten-Cache über den Puffer-Cache geschraubt. Das ist so chaotisch, wie es sich anhört. Schließlich haben UNIX-basierte Betriebssysteme den Puffercache entfernt. Der gesamte Datei-Cache befindet sich jetzt in Seiteneinheiten. Seiten werden nach (Datei, Versatz) und nicht nach Speicherort auf der Festplatte gesucht. Dies wurde als "einheitlicher Puffercache" bezeichnet, möglicherweise weil die Leute mit "Puffercache" besser vertraut waren. [3]
[3] UBC: Ein effizientes einheitliches E / A- und Speicher-Caching-Subsystem für NetBSD
"Eine interessante Wendung, die Linux hinzufügt, ist, dass die Geräteblocknummern, in denen eine Seite auf der Festplatte gespeichert ist, mit der Seite in Form einer Liste von buffer_headStrukturen zwischengespeichert werden. Wenn eine geänderte Seite auf die Festplatte zurückgeschrieben werden soll, wird die E / A. Anforderungen können sofort an den Gerätetreiber gesendet werden, ohne dass indirekte Blöcke gelesen werden müssen, um zu bestimmen, wo die Daten der Seite geschrieben werden sollen. "[3]
In Linux 2.2 gab es einen separaten "Puffer-Cache", der für Schreibvorgänge verwendet wurde, jedoch nicht für Lesevorgänge. "Der Seitencache hat den Puffercache verwendet, um seine Daten zurückzuschreiben, eine zusätzliche Kopie der Daten zu benötigen und den Speicherbedarf für einige Schreiblasten zu verdoppeln" (?). [4] Machen wir uns nicht zu viele Gedanken über die Details, aber diese Historie wäre ein Grund, warum Linux die BuffersNutzung separat meldet .
[4] Seitenersetzung in der Linux 2.4-Speicherverwaltung , Rik van Riel.
Im Gegensatz dazu ist in Linux 2.4 und höher die zusätzliche Kopie nicht vorhanden. "Das System führt Festplatten-E / A direkt zur und von der Seiten-Cache-Seite aus." [4] Linux 2.4 wurde 2001 veröffentlicht.
3. Wofür werden Buffersverwendet?
Blockgeräte werden als Dateien behandelt und verfügen daher über einen Seitencache. Dies wird "für Dateisystem-Metadaten und das Caching von Raw-Block-Geräten" verwendet. [4] In aktuellen Linux-Versionen kopieren Dateisysteme jedoch keinen Dateiinhalt, sodass kein "doppeltes Caching" erfolgt.
Ich stelle mir den BuffersTeil des Seitencaches als Linux-Puffercache vor. Obwohl einige Quellen mit dieser Terminologie nicht einverstanden sind.
Wie viel Puffer-Cache das Dateisystem verwendet, hängt von den Details des jeweiligen Dateisystems ab. Das fragliche System verwendet ext4. ext3 / ext4 verwendet den Linux-Puffercache für das Journal, für Verzeichnisinhalte und einige andere Metadaten.
Bestimmte Dateisysteme, einschließlich ext3, ext4 und ocfs2, verwenden die Ebene jbd oder jbd2, um ihre physische Blockaufzeichnung zu verarbeiten, und diese Ebene verwendet grundsätzlich den Puffercache.
- E-Mail-Artikel von Ted Tso , 2013
Vor der Linux-Kernel-Version 2.4 verfügte Linux über separate Seiten- und Puffer-Caches. Seit 2.4 sind der Seiten- und der Puffercache vereinheitlicht und es Buffershandelt sich um unformatierte Plattenblöcke, die nicht im Seitencache dargestellt sind, dh keine Dateidaten.
...
Der Puffercache bleibt jedoch bestehen, da der Kernel weiterhin Block-E / A in Form von Blöcken und nicht von Seiten ausführen muss. Da die meisten Blöcke Dateidaten darstellen, wird der größte Teil des Puffercaches durch den Seitencache dargestellt. Eine kleine Menge von Blockdaten ist jedoch nicht dateibasiert - beispielsweise Metadaten und Rohblock-E / A - und wird daher ausschließlich durch den Puffercache dargestellt.
- Ein paar Quora-Antworten von Robert Love , zuletzt aktualisiert 2013.
Beide Autoren sind Linux-Entwickler, die mit der Speicherverwaltung des Linux-Kernels gearbeitet haben. Die erste Quelle befasst sich genauer mit technischen Details. Die zweite Quelle ist eine allgemeinere Zusammenfassung, die in einigen Einzelheiten widersprochen und veraltet sein könnte.
Es ist richtig, dass Dateisysteme möglicherweise Metadaten zum Schreiben von Teilseiten ausführen, obwohl der Cache in Seiten indiziert ist. Sogar Benutzerprozesse können Teil-Seiten-Schreibvorgänge ausführen, wenn sie write()(im Gegensatz zu mmap()) zumindest direkt auf einem Blockgerät verwenden. Dies gilt nur für Schreibvorgänge, nicht für Lesevorgänge. Wenn Sie den Seitencache lesen, liest der Seitencache immer ganze Seiten.
Linus mochte es zu schimpfen, dass der Puffercache nicht erforderlich ist, um Schreibvorgänge in Blockgröße auszuführen, und dass Dateisysteme Metadatenschreibvorgänge für Teilseiten ausführen können, selbst wenn der Seitencache an ihre eigenen Dateien anstelle des Blockgeräts angehängt ist. Ich bin sicher, er hat Recht zu sagen, dass ext2 dies tut. ext3 / ext4 mit seinem Journalling-System nicht. Es ist weniger klar, welche Probleme zu diesem Entwurf geführt haben. Die Leute, die er beschimpfte, hatten es satt zu erklären.
ext4_readdir () wurde nicht geändert, um Linus 'Rant zu erfüllen. Ich sehe seinen gewünschten Ansatz auch nicht in readdir () anderer Dateisysteme. Ich denke, XFS verwendet den Puffercache auch für Verzeichnisse. bcachefs verwendet den Seitencache überhaupt nicht für readdir (). Es verwendet einen eigenen Cache für Bäume. Ich könnte etwas in btrfs vermissen.
4. Warum können wir Buffersinsbesondere erwarten , dass sie größer oder kleiner sind?
In diesem Fall stellt sich heraus, dass die ext4-Journalgröße für mein Dateisystem 128 MB beträgt. Dies erklärt, warum 1) sich mein Puffercache bei etwas mehr als 128 MB stabilisieren kann; 2) Der Puffer-Cache skaliert nicht proportional zur größeren RAM-Größe meines Laptops.
Weitere mögliche Ursachen finden Sie unter Was ist die Spalte Puffer in der Ausgabe von free? Beachten Sie, dass "Puffer", die von gemeldet werden, freetatsächlich eine Kombination aus Buffersund wiedergewinnbarem Plattenspeicher sind.
Um zu überprüfen, ob Journalschreibvorgänge den Puffercache verwenden, habe ich ein Dateisystem in einem schönen schnellen RAM (tmpfs) simuliert und die maximale Puffernutzung für verschiedene Journalgrößen verglichen.
# dd if=/dev/zero of=/tmp/t bs=1M count=1000
...
# mkfs.ext4 /tmp/t -J size=256
...
# LANG=C dumpe2fs /tmp/t | grep '^Journal size'
dumpe2fs 1.43.5 (04-Aug-2017)
Journal size: 256M
# mount /tmp/t /mnt
# cd /mnt
# free -w -m
total used free shared buffers cache available
Mem: 7855 2521 4321 285 66 947 5105
Swap: 7995 0 7995
# for i in $(seq 40000); do dd if=/dev/zero of=t bs=1k count=1 conv=sync status=none; sync t; sync -f t; done
# free -w -m
total used free shared buffers cache available
Mem: 7855 2523 3872 551 237 1223 4835
Swap: 7995 0 7995
# dd if=/dev/zero of=/tmp/t bs=1M count=1000
...
# mkfs.ext4 /tmp/t -J size=16
...
# LANG=C dumpe2fs /tmp/t | grep '^Journal size'
dumpe2fs 1.43.5 (04-Aug-2017)
Journal size: 16M
# mount /tmp/t /mnt
# cd /mnt
# free -w -m
total used free shared buffers cache available
Mem: 7855 2507 4337 285 66 943 5118
Swap: 7995 0 7995
# for i in $(seq 40000); do dd if=/dev/zero of=t bs=1k count=1 conv=sync status=none; sync t; sync -f t; done
# free -w -m
total used free shared buffers cache available
Mem: 7855 2509 4290 315 77 977 5086
Swap: 7995 0 7995
Geschichte dieser Antwort: Wie ich dazu kam, mir das Tagebuch anzusehen
Ich hatte zuerst Ted Tsos E-Mail gefunden und war fasziniert, dass es das Schreiben- Caching betonte . Ich würde es überraschend finden, wenn "schmutzige", ungeschriebene Daten 30% des Arbeitsspeichers auf meinem System erreichen könnten. sudo atopzeigt, dass das betreffende System über einen Zeitraum von 10 Sekunden konsistent nur 1 MB schreibt. Das betreffende Dateisystem könnte mit der über 100-fachen Rate mithalten. (Es befindet sich auf einem USB2-Festplattenlaufwerk, maximaler Durchsatz ~ 20 MB / s).
Die Verwendung von blktrace ( btrace -w 10 /dev/sda) bestätigt, dass die zwischengespeicherten E / A-Vorgänge Schreibvorgänge sein müssen, da fast keine Daten gelesen werden. Dies mysqldist auch der einzige Userspace- Prozess, der E / A ausführt.
Ich habe den für das Schreiben verantwortlichen Dienst (icinga2-Schreiben in MySQL) gestoppt und erneut überprüft. Ich habe gesehen, wie "Puffer" auf unter 20 Millionen gefallen sind - ich habe keine Erklärung dafür - und bin dort geblieben. Beim erneuten Starten des Writers werden "Puffer" angezeigt, die für jedes 10-Sekunden-Intervall um ~ 0,1 M ansteigen. Ich habe beobachtet, dass diese Rate konstant gehalten wird und auf 70 Millionen und mehr zurückgegangen ist.
Das Laufen echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_cacheswar ausreichend, um die "Puffer" wieder auf 4,5 M zu senken. Dies beweist, dass meine Ansammlung von Puffern ein "sauberer" Cache ist, den Linux bei Bedarf sofort löschen kann. Dieses System sammelt keine ungeschriebenen Daten. ( drop_cachesführt kein Zurückschreiben durch und kann daher keine schmutzigen Seiten löschen. Wenn Sie einen Test ausführen möchten, der zuerst den Cache bereinigt, verwenden Sie den syncBefehl).
Das gesamte MySQL-Verzeichnis ist nur 150M groß. Die akkumulierten Puffer müssen Metadatenblöcke aus MySQL-Schreibvorgängen darstellen, aber es hat mich überrascht zu glauben, dass es für diese Daten so viele Metadatenblöcke geben würde.