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Linux 文件系统缓存是如何工作的?

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-25 02:13:28

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来源于php中文网

原创

页缓存按需加载:read()时检查偏移量是否命中,未命中则page-in;dentry和inode缓存加速路径解析与元数据访问;脏页策略平衡性能与安全;drop_caches仅限调试,非优化手段。

linux 文件系统缓存是如何工作的?

页缓存怎么决定要不要从磁盘读数据?

页缓存不是“预加载所有文件”,而是按需响应:每次 read() 系统调用进来,内核先查对应文件偏移量是否已在内存页中。命中就直接拷贝;未命中则触发一次同步或异步的磁盘读取(page-in),再把数据塞进页缓存并返回——整个过程对应用透明。

关键点在于:它只缓存你真正访问过的那部分,不是整个文件。比如用 head -n 100 big.log,通常只加载前几页(约 4–8KB),不会把几百 MB 的日志全拉进内存。

  • 频繁随机读小文件(如 Web 静态资源)→ 页缓存命中率高,I/O 大幅下降
  • 顺序写大文件(如数据库 WAL)→ 数据先落页缓存标记为脏页,后台线程异步刷盘
  • mmap() 映射文件 → 也走同一套页缓存,但缺页异常(page fault)触发加载

inode 和 dentry 缓存为什么不能被忽略?

打开一个文件不只是读内容,还得先找到它:open("/var/log/nginx/access.log") 要逐级解析 /varlognginxaccess.log。每一步都依赖 dentry(路径名到 inode 的映射)和 inode(元数据:大小、权限、mtime 等)。这些不缓存,lsfind、甚至每次 open() 都得反复读磁盘目录块。

  • dentry 缓存失效快(比如其他进程重命名了同级文件),但命中时几乎零开销
  • inode 缓存更稳定,尤其对只读文件;改权限或时间戳会触发更新
  • 参数 vm.vfs_cache_pressure=50 可降低内核回收它们的倾向,避免小文件密集场景下反复重建

脏页刷写策略怎么影响写入性能和数据安全?

写操作默认走“延迟刷盘”:应用调用 write() 后,数据进页缓存、标为脏页,立刻返回成功——这极大提升吞吐,但也带来风险:断电即丢。

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说明:我不知道这个系统还能用到什么地方!他的运作方式是这样的,客户在其他地方比如掏宝购买了 你得卡,然后在你的网站进行冲值,你得有人登陆并看着后台,如果有人冲值,就会刷出记录,手工冲值完毕后,你得点击 [冲值完毕],客户的页面 就会返回 冲值信息!安装:上传所有文件,倒入(sql.txt)mysql数据库,使用myphpadminphplib 777phplib/sys.php 777phplib

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控制开关在两个内核参数:vm.dirty_background_ratio(后台线程开始刷的阈值)和 vm.dirty_ratio(应用阻塞等待刷盘的硬上限)。默认分别是 10% 和 20%,对 SSD + 高并发写服务往往太宽松。

  • 写负载重(如日志聚合、消息队列落盘)→ 建议调低:如 dirty_background_ratio=5dirty_ratio=10
  • 强调数据安全(如金融交易中间件)→ 可配合 fsync() 或挂载选项 data=ordered,但别盲目设 vm.dirty_ratio=0(会强制同步,卡死写入)
  • 注意:这些是百分比,基准是“可用内存 + 页缓存总量”,不是总物理内存

什么时候该清缓存?又为什么大多数时候不该碰?

echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches 确实能立刻释放 pagecache/dentry/inode,但它不是“优化”,而是“急救”:仅适用于调试、压测前后隔离干扰,或极少数因缓存长期驻留导致 OOM 的边缘情况。

Linux 的缓存设计哲学是 “有空闲就用,有需要就让”——当应用申请内存时,内核自动回收冷缓存页(LRU),根本不需要手动干预。强行清空反而造成后续请求全部 miss,引发一波磁盘风暴。

  • 真正该看的是 free -h 输出里的 available 列,不是 freecached
  • 如果 available 持续接近 0 且 swap 在用 → 问题不在缓存,而在内存泄漏或配置过载
  • drop_caches 必须配 sync 前置执行,否则可能丢掉未刷脏页
页缓存、inode、dentry 这三者不是独立模块,而是一张协同响应的网:少了一个,文件操作就退化成裸盘访问。调优不是调单个参数,而是理解你的 workload 在这张网上踩哪几个点。

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