Linux系統中的Page cache和Buffer cache
Free命令顯示內存
首先，我們來了解下內存的使用情況：
Mem：表示物理內存統計
total：表示物理內存總量(total = used + free)
used：表示總計分配給緩存（包含buffers 與cache ）使用的數量，但其中可能部分緩存並未實際使用。
free：未被分配的內存。
shared：共享內存。
buffers：系統分配但未被使用的buffers 數量。
cached：系統分配但未被使用的cache 數量。
-/+ buffers/cache：表示物理內存的緩存統計
used2：也就是第一行中的used – buffers-cached 也是實際使用的內存總量。 //used2爲第二行
free2= buffers1 + cached1 + free1 //free2爲第二行、buffers1等爲第一行
free2：未被使用的buffers 與cache 和未被分配的內存之和，這就是系統當前實際可用內存。
Swap：表示硬盤上交換分區的使用情況。
在Free命令中顯示的buffer和cache，它們都是佔用內存：
buffer : 作爲buffer cache的內存，是塊設備的讀寫緩衝區，更靠近存儲設備，或者直接就是disk的緩衝區。
cache: 作爲page cache的內存, 文件系統的cache，是memory的緩衝區 。
如果cache 的值很大，說明cache住的文件數很多。如果頻繁訪問到的文件都能被cache住，那麼磁盤的讀IO 必會非常小 。
Page cache（頁面緩存）
Page cache 也叫頁緩衝或文件緩衝，是由好幾個磁盤塊構成，大小通常爲4k，在64位系統上爲8k，構成的幾個磁盤塊在物理磁盤上不一定連續，文件的組織單位爲一頁， 也就是一個page cache大小，文件讀取是由外存上不連續的幾個磁盤塊，到buffer cache，然後組成page cache，然後供給應用程序。
Page cache在linux讀寫文件時，它用於緩存文件的邏輯內容，從而加快對磁盤上映像和數據的訪問。具體說是加速對文件內容的訪問，buffer cache緩存文件的具體內容——物理磁盤上的磁盤塊，這是加速對磁盤的訪問。
Buffer cache（塊緩存）
Buffer cache 也叫塊緩衝，是對物理磁盤上的一個磁盤塊進行的緩衝，其大小爲通常爲1k，磁盤塊也是磁盤的組織單位。設立buffer cache的目的是爲在程序多次訪問同一磁盤塊時，減少訪問時間。系統將磁盤塊首先讀入buffer cache 如果cache空間不夠時，會通過一定的策略將一些過時或多次未被訪問的buffer cache清空。程序在下一次訪問磁盤時首先查看是否在buffer cache找到所需塊，命中可減少訪問磁盤時間。不命中時需重新讀入buffer cache。對buffer cache 的寫分爲兩種，一是直接寫，這是程序在寫buffer cache後也寫磁盤，要讀時從buffer cache 上讀，二是後臺寫，程序在寫完buffer cache 後並不立即寫磁盤，因爲有可能程序在很短時間內又需要寫文件，如果直接寫，就需多次寫磁盤了。這樣效率很低，而是過一段時間後由後臺寫，減少了多次訪磁盤 的時間。
Buffer cache 是由物理內存分配，linux系統爲提高內存使用率，會將空閒內存全分給buffer cache ，當其他程序需要更多內存時，系統會減少cahce大小。
Buffer page（緩衝頁）
如果內核需要單獨訪問一個塊，就會涉及到buffer page，並會檢查對應的buffer head。
Swap space（交換空間）
Swap space 交換空間，是虛擬內存的表現形式。系統爲了應付一些需要大量內存的應用，而將磁盤上的空間做內存使用，當物理內存不夠用時，將其中一些暫時不需的數據交換 到交換空間，也叫交換文件或頁面文件中。做虛擬內存的好處是讓進程以爲好像可以訪問整個系統物理內存。因爲在一個進程訪問數據時，其他進程的數據會被交換 到交換空間中。
Swap cache（交換緩存）
swapcached，它表示交換緩存的大小。Page cache是磁盤數據在內存中的緩存，而swap cache則是交換分區在內存中的臨時緩存。
Memory mapping（內存映射）
內 核有兩種類型的內存映射：共享型(shared)和私有型(private)。私有型是當進程爲了只讀文件，而不寫文件時使用，這時，私有映射更加高效。 但是，任何對私有映射頁的寫操作都會導致內核停止映射該文件中的頁。所以，寫操作既不會改變磁盤上的文件，對訪問該文件的其它進程也是不可見的。
共 享內存中的頁通常都位於page cache，私有內存映射只要沒有修改，也位於page cache。當進程試圖修改一個私有映射內存頁時，內核就把該頁進行復制，並在頁表中用複製的頁替換原來的頁。由於修改了頁表，儘管原來的頁仍然在 page cache，但是已經不再屬於該內存映射。而新複製的頁也不會插入page cache，而是添加到匿名頁反向映射數據結構。
Page cache和Buffer cache的區別
磁盤的操作有邏輯級（文件系統）和物理級（磁盤塊），這兩種Cache就是分別緩存邏輯和物理級數據的。
假設我們通過文件系統操作文件，那麼文件將被緩存到Page Cache，如果需要刷新文件的時候，Page Cache將交給Buffer Cache去完成，因爲Buffer Cache就是緩存磁盤塊的。
也就是說，直接去操作文件，那就是Page Cache區緩存，用dd等命令直接操作磁盤塊，就是Buffer Cache緩存的東西。
Page cache實際上是針對文件系統的，是文件的緩存，在文件層面上的數據會緩存到page cache。文件的邏輯層需要映射到實際的物理磁盤，這種映射關係由文件系統來完成。當page cache的數據需要刷新時，page cache中的數據交給buffer cache，但是這種處理在2.6版本的內核之後就變的很簡單了，沒有真正意義上的cache操作。
Buffer cache是針對磁盤塊的緩存，也就是在沒有文件系統的情況下，直接對磁盤進行操作的數據會緩存到buffer cache中，例如，文件系統的元數據都會緩存到buffer cache中。
簡單說來，page cache用來緩存文件數據，buffer cache用來緩存磁盤數據。在有文件系統的情況下，對文件操作，那麼數據會緩存到page cache，如果直接採用dd等工具對磁盤進行讀寫，那麼數據會緩存到buffer cache。
Buffer(Buffer Cache)以塊形式緩衝了塊設備的操作，定時或手動的同步到硬盤，它是爲了緩衝寫操作然後一次性將很多改動寫入硬盤，避免頻繁寫硬盤，提高寫入效率。
Cache(Page Cache)以頁面形式緩存了文件系統的文件，給需要使用的程序讀取，它是爲了給讀操作提供緩衝，避免頻繁讀硬盤，提高讀取效率。