Linux : page cache 和 page wirteback

 

简单地说， 第一次读取一个文件，肯定要有一次磁盘操作。 在后来的读取，如果发现要读的内容已经在内存了，就不要进行磁盘的IO. 而写通常不会直接写到磁盘上， 而是先写到内存里面，到特定的时机再写回到磁盘。

1 LRU 和 two-list LRU
将磁盘的内容放到内存固然可以提高后来的访问性能，但因为内存是有限的，肯定会又内存不足的情况。 这时就应该将一些在将来被用到可能性小的数据赶出内存（如果这个数据已经被修改了，则要先写回磁盘，再挪位）。那么哪些数据是将来可能不被访问的呢？ 早起采取的算法就是LRU(Least Recently Used), 就是按照最后访问时间进行排序，将越长时间没有访问的数据 就越有可能被敢出去。但LRU 的不足时， 有些情况，一些大的文件只被访问了一次， 例如编译了一个大的项目， 后面就不会被访问了， 太慢占用了大量的内存，但却需要较长的时间才被赶出去。 为了解决这个问题， 就引入了two-list LRU 机制。 任何文件第一次访问的时候，都会被放到一个 inactive LRU 上， 只有第二次访问的时候才会被放到acitve LRU 上。 而清除内存的时候总是先在Inactive LRU 上进行的。

2 writeback 和 flusher threads
一般情况下，写操作都是写到内存。然后有linux 进程将脏数据写回磁盘。 以下三种情况会触发writeback 操作：
2.1 当free memory 下降的一定程度， 就会触发写回操作
2.2 当脏页的数目增加到一定程度，那些够老的脏页就会被写回
2.3 应用程序要求写回。通常是为了考虑到数据安全性的问题。 可以通过sync, fsync, fdatasync 等方式来实现。

2.1 的需求是受vm.dirty_background_ratio  控制，显示的是一个百分比。 如果脏块的数量的百分比超过这个值，就会唤醒flusher 去写回脏数据。
2.2 的需求是受vm.dirty_writeback_centisecs 和 vm.dirty_expire_centisecs 控制，单位都是1/100 秒。 前者控制flusher 被唤醒的周期， 后者表示 唤醒后，多老的数据会被写回。

另外 vm.dirty_ratio  总内存的百分比， 但是是只一个进程的脏页如果高于这个值，就会被写回。

在调整这些参数之前，先要了解程序的写是否是因为2.3 的需求。 如果是这样，修改其他参数也没什么用了。 例如在Mysql 中有一系列这种参数， 控制一次写入后是否需要fsync。 如果要提高性能，先要关闭这些fsync， 然后再考虑调节这几个vm 参数。

在调整这些参数以后，再通过sar 或者pidstat 来查看io 的状况是否如预期。

3 flusher thread 和  bdflush, kupdated , pdfush
简单的说 flusher 是2.6.32的内核才引用的。主要优点是 flusher 可以启动多个线程， 不同的线程负责不同的disk spindles.  从而产生更好的性能。 这个特性经常被称为Per-backing-device based writeback。
其他的几个以后应该看不到了。也就不谈了。 它们都对device 不敏感的。

如果想清空page cache 的脏页，可以：
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches

更多的vm 参数含义可以访问：
https://www.kernel.org/doc/Documentation/sysctl/vm.txt