linux下free命令中buffer和cache的區別
首先看一下free命令展示的信息
第1列 Mem
物理內存使用情況
| total | used | free | shared | buff/cache | available |
|---|---|---|---|---|---|
| 物理內存總容量 | 已使用內存容量 | 空閒內存容量 | 共享內存容量 | 緩存容量 | 可用內存容量 |
從截圖中的值可以明顯看出，total≠used+free，而是total≈used+available
由此可以看出free和available的區別所在。
free：是實際未使用的物理內存容量
available：是應用程序認爲可用的內存容量，available≈free+buff/cache，關鍵就是buff/cache這部分。
第2列Swap
交換區內存使用情況
| total | used | free |
|---|---|---|
| 交換區總容量 | 交換區使用容量 | 交換區空閒容量 |
看完上面的描述，你可能會有如下3個問題：
- 爲什麼會有buff和cache呢？
- 爲什麼buff和cache會被應用程序認爲是可用的呢？
- buff和cache又有什麼區別呢？
想要回答以上3個問題，可能都需要先理解buff和cache有什麼作用。
以下內容均來自https://www.cnblogs.com/M18-BlankBox/p/5326484.html
buff和cache的作用
從字面上和語義來看，buffer名爲緩衝，cache名爲緩存。我們知道各種硬件存在製作工藝上的差別，所以當兩種硬件需要交互的時候，肯定會存在速度上的差異，而且只有交互雙方都完成纔可以各自處理別的其他事務。假如現在有兩個需要交互的設備A和B，A設備用來交互的接口速率爲1000M/s，B設備用來交互的接口速率爲500M/s，那他們彼此訪問的時候都會出現以下兩種情況：（以A來說）
一.A從B取一個1000M的文件結果需要2s，本來需要1s就可以完成的工作，卻還需要額外等待1s,B設備把剩餘的500M找出來，這等待B取出剩下500M的空閒時間內(1s)其他的事務還幹不了
二.A給B一個1000M的文件結果也需要2s，本來需要也就1s就可以完成的工作，卻由於B，1s內只能拿500M，剩下的500M還得等下一個1sB來取，這等待下1s的時間還做不了其他事務。
那有什麼方法既可以讓A在‘取’或‘給’B的時候既能完成目標任務又不浪費那1s空閒等待時間去處理其他事務呢？我們知道產生這種結果主要是因爲B跟不上A的節奏，但即使這樣A也得必須等B處理完本次事務才能幹其他活（單核cpu來說），除非你有三頭六臂。那有小夥伴可能會問了，能不能在A和B之間加一層區域比如說ab，讓ab既能跟上A的頻率也會照顧B的感受，沒錯我們確實可以這樣設計來磨合接口速率上的差異，你可以這樣想象，在區域ab提供了兩個交互接口一個是a接口另一個是b接口，a接口的速率接近A，b接口的速率最少等於B，然後我們把ab的a和A相連，ab的b和B相連，ab就像一座橋把A和B鏈接起來，並告知A和B通過他都能轉發給對方，文件可以暫時存儲，最終拓撲大概如下：
現在我們再來看上述兩種情況：
對於第一種情況A要B：當A從B取一個1000M的文件，他把需求告訴了ab，接下來ab通過b和B進行文件傳送，由於B本身的速率，傳送第一次ab並沒有什麼卵用，對A來說不僅浪費了時間還浪費了感情，ab這傢伙很快感受到了A的不滿，所以在第二次傳送的時候，ab揹着B偷偷緩存了一個一模一樣的文件，而且只要從B取東西，ab都會緩存一個拷貝下來放在自己的大本營，如果下次A或者其他C來取B的東西，ab直接就給A或C一個貨真價實的贗品，然後把它通過a接口給了A或C，由於a的速率相對接近A的接口速率，所以A覺得不錯爲他省了時間，最終和ab的a成了好基友，說白了此時的ab提供的就是一種緩存能力，即cache，絕對的走私！因爲C取的是A執行的結果。所以在這種工作模式下，怎麼取得的東西是最新的也是我們需要考慮的，一般就是清cache。例如cpu讀取內存數據，硬盤一般都提供一個內存作爲緩存來增加系統的讀取性能
對於第二種情況A給B：當A發給B一個1000M的文件，因爲A知道通過ab的a接口就可以轉交給B，而且通過a接口要比通過B接口傳送文件需要等待的時間更短，所以1000M通過a接口給了ab ，站在A視圖上他認爲已經把1000M的文件給了B，但對於ab並不立即交給B，而是先緩存下來，除非B執行sync命令，即使B馬上要，但由於b的接口速率最少大於B接口速率，所以也不會存在漏洞時間，但最終的結果是A節約了時間就可以幹其他的事務，說白了就是推卸責任，哈哈而ab此時提供的就是一種緩衝的能力，即buffer，它存在的目的適用於當速度快的往速度慢的輸出東西。例如內存的數據要寫到磁盤，cpu寄存器裏的數據寫到內存。
看了上面這個例子，那我們現在看一下在計算機領域，在處理磁盤IO讀寫的時候，cpu，memory，disk基於這種模型給出的一個實例。我們先來一幅圖：（我從別家當來的，我覺得，看N篇文檔 不如瞄此一圖）
page cache：文件系統層級的緩存，從磁盤裏讀取的內容是存儲到這裏，這樣程序讀取磁盤內容就會非常快，比如使用grep和find等命令查找內容和文件時，第一次會慢很多，再次執行就快好多倍，幾乎是瞬間。但如上所說，如果對文件的更新不關心，就沒必要清cache，否則如果要實施同步，必須要把內存空間中的cache clean下
buffer cache：磁盤等塊設備的緩衝，內存的這一部分是要寫入到磁盤裏的。這種情況需要注意，位於內存buffer中的數據不是即時寫入磁盤，而是系統空閒或者buffer達到一定大小統一寫到磁盤中，所以斷電易失，爲了防止數據丟失所以我們最好正常關機或者多執行幾次sync命令，讓位於buffer上的數據立刻寫到磁盤裏。
瞭解了buff和cache的作用之後，就自然明白了buff和cache爲什麼會存在，以及buff和cache的區別了。
但是針對第2個問題，buff和cache爲什麼會被應用程序認爲可用呢。這個問題就需要再瞭解swap交換區的概念了。
swap分區通常被稱爲交換分區，這是一塊特殊的硬盤空間，即當實際內存不夠用的時候，操作系統會從內存中取出一部分暫時不用的數據，放在交換分區中，從而爲當前運行的程序騰出足夠的內存空間。也就是說，當內存不夠用時，我們使用 swap 分區可以把原本存放在buff和cache中的內容轉移至硬盤中，這樣騰出來的內存空間就可以給應用程序使用了，所以說buff和cache部分的內存，也可以認爲是可用的內存。
總結：
1.buffer和cache都是爲了解決互訪的兩種設備存在速率差異，使磁盤的IO的讀寫性能或cpu更加高效，減少進程間通信等待的時間
2.buffer：緩衝區-用於存儲速度不同步的設備或優先級不同的設備之間傳輸數據，通過buffer可以減少進程間通信需要等待的時間，當存儲速度快的設備與存儲速度慢的設備進行通信時，存儲快的設備先把數據緩存到buffer上，等到系統統一把buffer上的數據寫到速度慢的設備上。常見的有把內存的數據往磁盤進行寫操作，這時你可以查看一下buffers
3.cache：緩存區-用於對讀取速度比較嚴格，卻因爲設備間因爲存儲設備存在速度差異，而不能立刻獲取數據，這時cache就會爲了加速緩存一部分數據。常見的是CPU和內存之間的數據通信，因爲CPU的速度遠遠高於主內存的速度，CPU從內存中讀取數據需等待很長的時間，而Cache保存着CPU剛用過的數據或循環使用的部分數據，這時Cache中讀取數據會更快，減少了CPU等待的時間，提高了系統的性能。