Buffer VS Cache

郑全

首先回顾下内存的概念：（内存是个什么东西2）：

内存又称主存，是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成

包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。只不过因为RAM是其中最重要的存储器。

●只读存储器（ROM）
　　ROM表示只读存储器（Read Only Memory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式（DIP）的集成块。

●随机存储器（RAM）
　　随机存储器（Random Access Memory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。我们通常购买或升级的内存条其实就是RAM。用作电脑的内存，内存条（SIMM）就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。目前市场上常见的内存条有1G/条，2G/条，4G/条等。
　　

       ●高速缓冲存储器（Cache）

       Cache也是我们经常遇到的概念，也就是平常看到的一级缓存(L1 Cache)、二级缓存(L2 Cache)、三级缓存(L3 Cache)这些数据，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器读取数据，而不是访问较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据。

 

由此，我们可以发现，

        外存（硬盘） - 内存 - 缓存 - CPU     之间的关系是层层递近的。内存介于外存与CPU之间，而高速缓存又介于内存与CPU之间。

        高速缓存比内存读写速度更快！

 

那我们就来整理一下buffer 与 cache的概念和区别。

        首先，因为语言翻译的差别，也给我们增加了无谓的烦恼，导致了国内的工程师们会混淆这两个东西，其实，buffer(缓冲) cache(缓存)。

        其次，它们各自发挥作用的位置也不同：

                                                                         cache(高速缓存）主要在CPU与内存间起作用

                                                                         而buffer(IO缓冲） 主要在内存与硬盘间起作用。

 

         形象一点，就是如下所示：

 

                                         cache                           buffer

                            CPU-------------------->内存------------------------->外存(硬盘)

 

        具体一点：

        不难看出，

        buffer与cache操作的对象不一样：

        cache主要用于CPU的cache, 主要原因是cpu与内存memory的不同步，当CPU较快而memory的处理速度又跟不上的时候，且有些值使用的次数较多，很频繁。所以放入cache中暂存，以备重复使用。

        buffer是IO缓存，主要用于硬盘与内存之间。主要的作用是保护硬盘，减少网络传输的次数，提高速度。不会立即写入硬盘，或者把硬盘读出的数据立即显示，从而保护了硬盘。

 

       总结一下，

       cache（缓存）是为了提高cpu和内存之间的数据交换速度而设计，也就是平常见到的一级缓存、二级缓存、三级缓存。 cpu在执行程序所用的指令和读数据都是针对内存的，也就是从内存中取得的。由于内存读写速度慢，为了提高cpu和内存之间数据交换的速度，在cpu和内存之间增加了cache，它的速度比内存快，但是造价高，又由于在cpu内不能集成太多集成电路，所以一般cache比较小，以后intel等公司为了进一步提高速度，又增加了二级cache，甚至三级cache，它是根据程序的局部性原理而设计的，就是cpu执行的指令和访问的数据往往在集中的某一块，所以把这块内容放入cache后，cpu就不用在访问内存了，这就提高了访问速度。当然若cache中没有cpu所需要的内容，还是要访问内存的。

       缓冲（buffers）是根据磁盘的读写设计的，把分散的写操作集中进行，减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道，从而提高系统性能，并保护硬盘。linux有一个守护进程定期清空缓冲内容（即写入磁盘），也可以通过sync命令手动清空缓冲。例如：有一个ext2的U盘，往里面cp一个3M的MP3，但U盘的灯没有跳动，过了一会儿（或者手动输入sync）U盘的灯就跳动起来了。卸载设备时会清空缓冲，所以有些时候卸载一个设备时要等上几秒钟。

 

        简单来说，buffer是即将要被写入磁盘的，而cache是被从磁盘中读出来的。 buffer是由各种进程分配的，被用在如输入队列等方面。一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入，在所有字段被读入完整之前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存。 cache经常被用在磁盘的I/O请求上，如果有多个进程都要访问某个文件，于是该文件便被做成cache以方便下次被访问，这样可提高系统性能。