So funktioniert der Linux-Dateisystem-Cache
Der Kernel reserviert eine bestimmte Menge an Systemspeicher für das Caching der Dateisystem-Festplattenzugriffe, um die Gesamtleistung zu beschleunigen. Der Cache unter Linux heißt der Cache-Seite . Die Größe des Seitencaches ist konfigurierbar, wobei großzügige Standardeinstellungen aktiviert sind, um große Mengen von Plattenblöcken zwischenzuspeichern. Die maximale Größe des Caches und die Richtlinien zum Entfernen von Daten aus dem Cache sind mit Kernelparametern einstellbar. Der Linux-Cache-Ansatz wird als Write-Back-Cache bezeichnet. Das heißt, wenn Daten auf die Festplatte geschrieben werden, werden sie in den Speicher in den Cache geschrieben und im Cache als schmutzig markiert, bis sie mit der Festplatte synchronisiert werden. Der Kernel verwaltet interne Datenstrukturen, um zu optimieren, welche Daten aus dem Cache entfernt werden sollen, wenn mehr Platz im Cache benötigt wird.
Während Linux-Lesesystemaufrufe überprüft der Kernel, ob die angeforderten Daten in Datenblöcken im Cache gespeichert sind, dies wäre ein erfolgreicher Cache-Treffer, und die Daten werden aus dem Cache zurückgegeben, ohne dass eine E/A an das Plattensystem ausgeführt wird. Bei einem Cache-Miss werden die Daten vom IO-System geholt und der Cache basierend auf den Caching-Richtlinien aktualisiert, da dieselben Daten wahrscheinlich erneut angefordert werden.
Wenn bestimmte Schwellenwerte für die Speichernutzung erreicht werden, beginnen Hintergrundaufgaben, schmutzige Daten auf die Festplatte zu schreiben, um sicherzustellen, dass der Speichercache gelöscht wird. Diese können sich auf die Leistung von speicher- und CPU-intensiven Anwendungen auswirken und erfordern eine Optimierung durch Administratoren und/oder Entwickler.
Verwenden des kostenlosen Befehls zum Anzeigen der Cache-Nutzung
Wir können den Befehl free von der Befehlszeile verwenden, um den Systemspeicher und die dem Caching zugewiesene Speichermenge zu analysieren. Siehe Befehl unten:
#kostenlos -m
Was wir von der sehen kostenlos Der obige Befehl lautet, dass auf diesem System 7,5 GB RAM vorhanden sind. Davon werden nur 209 MB verwendet und 6,5 MB sind frei. Im Puffercache werden 667 MB verwendet. Versuchen wir nun, diese Zahl zu erhöhen, indem wir einen Befehl ausführen, um eine Datei von 1 Gigabyte zu generieren und die Datei zu lesen. Der folgende Befehl generiert ungefähr 100 MB zufälliger Daten und fügt dann 10 Kopien der Datei zu einer zusammen große_Datei .
# dd if=/dev/random of=/root/data_file count=1400000
# für i in `Seq 1 10`; echo $i; cat data_file >> large_file; getan
Jetzt werden wir sicherstellen, dass wir diese 1-Gig-Datei lesen und dann den kostenlosen Befehl erneut überprüfen:
# cat große_datei > /dev/null# frei -m
Wir können sehen, dass die Puffer-Cache-Nutzung von 667 auf 1735 Megabyte gestiegen ist, was einem Anstieg der Nutzung des Puffer-Cache um etwa 1 Gigabyte entspricht.
Befehl Proc Sys VM Drop Caches
Der Linux-Kernel bietet eine Schnittstelle zum Löschen des Caches. Probieren Sie diese Befehle aus und sehen Sie die Auswirkungen auf die kostenlose Einstellung.
# echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches# frei -m
Wir können oben sehen, dass der Großteil der Puffer-Cache-Zuweisung mit diesem Befehl freigegeben wurde.
Experimentelle Überprüfung, dass das Löschen von Caches funktioniert
Können wir eine Leistungsvalidierung durchführen, um den Cache zum Lesen der Datei zu verwenden? Lassen Sie uns die Datei lesen und nach /dev/null zurückschreiben, um zu testen, wie lange es dauert, die Datei von der Festplatte zu lesen. Wir werden es mit dem Zeit Befehl. Wir führen diesen Befehl sofort aus, nachdem wir den Cache mit den obigen Befehlen geleert haben.
Das Lesen der Datei dauerte 8,4 Sekunden. Lassen Sie uns jetzt noch einmal lesen, dass sich die Datei im Dateisystem-Cache befinden sollte, und sehen, wie lange es jetzt dauert.
Boom! Das Lesen dauerte nur 0,2 Sekunden im Vergleich zu 8,4 Sekunden, wenn die Datei nicht zwischengespeichert war. Um dies zu überprüfen, wiederholen wir dies noch einmal, indem wir zuerst den Cache leeren und dann die Datei zweimal lesen.
Es hat wie erwartet einwandfrei funktioniert. 8,5 Sekunden für den nicht zwischengespeicherten Lesevorgang und 0,2 Sekunden für den zwischengespeicherten Lesevorgang.
Abschluss
Der Seitencache wird auf Linux-Systemen automatisch aktiviert und macht IO transparent, indem er zuletzt verwendete Daten im Cache speichert. Wenn Sie den Cache manuell löschen möchten, können Sie dies einfach tun, indem Sie einen echo-Befehl an das /proc-Dateisystem senden, der dem Kernel mitteilt, den Cache zu löschen und den für den Cache verwendeten Speicher freizugeben. Die Anweisungen zum Ausführen des Befehls wurden oben in diesem Artikel gezeigt und auch die experimentelle Validierung des Cache-Verhaltens vor und nach dem Leeren wurde gezeigt.