最近操作系統(tǒng)不可謂不火，無論是華為的鴻蒙，還是騰訊的嵌入式操作系統(tǒng)，都激起不少水花。今天，我們來分享一個(gè)操作系統(tǒng)的底層技術(shù)，頁緩存。

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背景

我們都知道，在馮諾依曼計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系中，存儲(chǔ)器有著舉足輕重的作用，相對于計(jì)算單元，存儲(chǔ)器的讀寫速度明顯慢很多。無論是機(jī)械硬盤，固態(tài)硬盤還是最新的Flash閃存，其讀寫速度都比內(nèi)存慢很多。一旦一個(gè)應(yīng)用需要讀寫磁盤，那么瓶頸經(jīng)常就會(huì)在磁盤讀寫。

頁緩存

為了解決這個(gè)問題，操作系統(tǒng)一般會(huì)使用頁緩存來解決，我們也稱之為磁盤緩存。當(dāng)進(jìn)程訪問磁盤的時(shí)候，操作系統(tǒng)首先會(huì)進(jìn)行檢查磁盤緩存，如果發(fā)現(xiàn)緩存上面有數(shù)據(jù)，那么直接返回緩存上的內(nèi)容，大大減少了磁盤被訪問的次數(shù)，提高了操作系統(tǒng)的性能。

那么，磁盤的內(nèi)容是如何被緩存起來的呢?當(dāng)進(jìn)程訪問磁盤的時(shí)候，如果頁緩存上沒有對應(yīng)的信息，那么會(huì)在磁盤中把當(dāng)頁讀取出來，并往后預(yù)讀若干頁放入緩存，如果后面這個(gè)緩存被命中，就會(huì)預(yù)讀更多緩存頁，這也是我們對一個(gè)文件連續(xù)訪問，會(huì)感覺到比較快的原因。

寫數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果數(shù)據(jù)已經(jīng)在緩存頁，那么會(huì)優(yōu)先把數(shù)據(jù)更新在緩存頁。這里心細(xì)的同學(xué)可能會(huì)問，那豈不是磁盤中的是臟數(shù)據(jù)?的確如此，操作系統(tǒng)會(huì)會(huì)有一定策略把頁緩存的數(shù)據(jù)再統(tǒng)一寫進(jìn)磁盤，在Linux操作系統(tǒng)中，默認(rèn)是臟頁達(dá)到一定比例就會(huì)寫入。有些操作系統(tǒng)，則會(huì)可以選擇臟頁達(dá)到一定數(shù)量，或者間隔一定時(shí)間。所以，當(dāng)我們機(jī)器發(fā)生掉電的時(shí)候，是有一定的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)丟失數(shù)據(jù)的。即便如此，我們也不會(huì)關(guān)閉頁緩存來使數(shù)據(jù)每次都能落盤成功。所以，假如我們的服務(wù)要做到高可用，強(qiáng)一致，使用分布式將數(shù)據(jù)寫到多個(gè)機(jī)器上進(jìn)行備份才是硬道理。

總結(jié)

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件中最核心的軟件之一，這里面有非常多地干貨值得我們學(xué)習(xí)，既有算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的，也有一些關(guān)乎底層物理硬件的設(shè)計(jì)思想，如果有興趣，歡迎關(guān)注我，我們一起學(xué)習(xí)共同進(jìn)步。