救命，Linux正在吃掉我的内存！

内存发现自己的空闲空间越来越少，经过一番调查，发现罪魁祸首居然是Linux老大！

内存：Linux老大，这也没几个程序在运行，可是你为什么老是占用我的内存啊，内存都快被你吃光了！

Linux ：你的容量那么大，空间闲着也是闲着，我啊，把那些空闲的空间都当成文件缓存了!

内存：  你看看你， 把这文件“拆成”了4K的碎片，这儿放一片，那儿放一片，把我的内存空间搞得乱糟糟的。

Linux ：这叫做Page Cache ， 其实一点也不乱，文件在哪一“片”内存中放着，我记得清清楚楚。我这么做也是不得已而为之啊，硬盘太慢，比你慢几万倍。CPU的一秒，你这里就是6分钟，硬盘那里就是好几个月！每次从他那里读点儿数据，几个月才给我回话， 我只好把读出来的数据先缓存到你这里了。 

内存看到这张表格，不由得咂舌：没想到这外面的世界如此之慢啊！

正在此时， 一个叫helloworld的程序要读取文件。 

helloworld ：老大，我给你发了一个read系统调用，要读取config.txt的前1024个字节，把结果放到我的buffer中。 

Linux ：好，让我看看config.txt是不是已经在Page Cache中了，真不巧，还没缓存过。内存老弟，我又要吃你的空闲空间了。 

Linux在内存中分配了一个4k 大小的page frame， 向硬盘发出DMA指令，读取cong.txt的4k的数据。

内存感觉奇怪：人家helloworld只要1024个字节，你干嘛让硬盘发过来4K数据？ 

Linux ：我这里Page cache 都是以4K为单位的， 读一次得等几个月，还不多读一点？再说helloworld这小子很可能继续读文件的后续部分，下次就不用访问硬盘了。

过了“几个月” , 硬盘的数据复制到了内存的Page cache 中

内存说：这就完事了吧？ 

Linux ：怎么可能！我得从Page cache 中取出前1024个字节，复制到helloworld指定的buffer 中。

这个buffer其实是helloworld虚拟地址空间heap上的地址，物理地址也是在你的内存中。

内存：我的天！难道数据要在我内存中出现两份？

Linux ：没错！你不知道，复制数据还得用CPU呢！很费劲的。

helloworld：老大，能不能让我直接访问你Page cache 中的数据？

Linux ：那怎么行，你在用户空间，我在内核空间，你要是能访问，在我这里捣乱怎么办？必须禁止！

内存：嗯，有道理，不过，要是还有个程序，也要读取config.txt的前1024个字节，怎么办？

Linux:  那就简单了啊， 我一查就知道数据已经在Page cache中了，不用等几个月从硬盘读了，直接复制到那个程序的缓冲区就行了。 

内存：啊？这数据重复太多了吧！

Linux ：嗯，确实是个问题，现在这些程序，动辄访问几十个文件，每个程序都复制一份，确实是巨大的浪费。

内存：我给你支个招，既然那些程序运行访问的都是虚拟地址，你让这些虚拟地址映射到Page cache上，大家不就可以共享了。 

Linux ：好主意，我来提供一个叫做mmap的系统调用，完成你说的功能。 

helloworld运行结束，退出了。 

内存：  helloworld退出了，你一会儿会清理掉对应的page cache吧？

Linux：暂时不会！

内存：啊？怪不得内存快被你吃光了！

Linux : 唉呀，你的内存闲着也是闲着，文件缓存着，下次再访问的时候，性能会有巨大提升！你放心，我会在合适的时机清理掉page cache的。 

内存：那如果helloword修改文件内容呢？会立即写入硬盘吗？

Linux ：也不会，我只是标记这个Page cache “dirty”了， 然后我定期写入硬盘。

内存：你怎么能这样！这不是欺骗那些程序吗！那要是断电怎么办？

Linux：对于需要及时写入硬盘的，有两种办法，一是调用我提供的fsync方法强制写入硬盘，二是在访问文件的时候，可以指定不用Page cache。 

内存：相当于什么都没说，不用Page cache 多慢啊。 

Linux ：你现在也知道page cache的重要性了吧。page cache 是一种比较通用的文件缓存机制，是我来管理的。有些应用，比如数据库，他需要更加灵活、更加复杂的文件缓存，那他就不用page cache ，自己另起炉灶了。 

内存：啊？数据库也在把我当作缓存？

Linux : 哈哈，是啊，要怪就怪硬盘吧，谁让它那么慢！不过他要是和你一样快，你小子就要下岗了，你想想，在一个访问速度超快，容量超大，还不怕断电威胁的存储器面前，你是不是就变成渣渣了？

内存叹了一口气： 好吧，我也管不了了，你们随意折腾吧。 

后记：本文的第一个图和标题来自

https://www.linuxatemyram.com/， 文章的内容参考了https://manybutfinite.com/post/page-cache-the-affair-between-memory-and-files/ ，确切说，本文是加了料的改编版， 这个博客还有几篇关于虚拟内存的文章，非常棒，强烈建议大家去看看英文原文。