内存发现它的空闲空间越来越少了。经过一番调查，发现罪魁祸首是Linux老大！内存：linux老大，运行的程序不多，你怎么老占着我的内存啊，内存都快被你吃光了！linux：你的容量那么大，空间闲置，我把空闲空间都用来做文件缓存！内存：你看你把这个文件“Disassembled”存成4K的碎片，这里放一块，那里放一块，把我的内存空间搞得乱七八糟。Linux：这称为页面缓存。事实上，它一点也不乱。文件存放在内存的哪“片”我记得清清楚楚，我也是迫不得已，硬盘太慢了，比你的慢几万倍。CPU的一秒在这里是6分钟，在硬盘上是几个月！每次我从他那里读取一些数据，要等好几个月才能回复我，所以我只好先把读取的数据缓存给你。看到这个身影，记忆不由啧了一声：没想到外面的世界这么慢！此时，一个名为helloworld的程序想要读取该文件。helloworld：老大，我给你发了一个read系统调用，读取config.txt的前1024字节，并将结果放入我的缓冲区。Linux：好的，让我看看config.txt是否已经在页面缓存中，不幸的是，它还没有被缓存。内存哥们，我又要吃你的空闲空间了。Linux在内存中分配一个4k的页框，向硬盘发送DMA命令，读取cong.txt的4k数据。内存感觉怪怪的：helloworld只要1024字节，为什么要让硬盘发送超过4K的数据？linux：我这边的pagecache都是4K单位的，看一遍要好几个月，要不你多看点？何况helloworld很有可能会继续读取文件的后续部分，下次他就不需要访问硬盘了。“几个月”后，硬盘的数据被复制到内存的Pagecache中。记忆说：到此结束了吧？Linux：怎么可能！我必须从页面缓存中取出前1024个字节并将它们复制到缓冲区中指定的helloworld。这个buffer其实就是helloworld虚拟地址空间在堆上的地址，物理地址也在你的内存中。记忆：我的天哪！我的内存中有两份数据吗？Linux：没错！你不知道，复制数据需要CPU！这很费力。helloworld：老大，能不能让我直接访问你Page缓存里的数据？Linux：那怎么样？你在用户空间，我在内核空间。如果你能访问它，你要是惹我怎么办？必须禁止！内存：嗯，有道理，但是如果有另一个程序也读取config.txt的前1024字节，我该怎么办？Linux：这很简单。我可以查到数据已经在Pagecache里了，不用等几个月再从硬盘读取，直接copy到那个程序的buffer里就可以了。记忆：嗯？这个数据重复太多了！Linux：嗯，确实是个问题。现在这些程序频繁访问几十个文件，每个程序都拷贝一份，确实是一种巨大的浪费。内存：让我给你一个技巧。由于那些程序运行和访问的是虚拟地址，如果你将这些虚拟地址映射到Pagecache，那么每个人都可以共享它们。Linux：好主意，我提供一个系统调用mmap来完成你说的功能。helloworld运行并退出。内存：helloworld已经退出了，请问您稍后会清理相应的pagecache吗？Linux：还没有！内存：啊？难怪你正在吃掉所有的内存！Linux：唉，你的内存也闲置了，文件缓存起来了，下次再访问，性能会大大提高！别担心，我会在适当的时候清除页面缓存。内存：如果helloword修改了文件内容怎么办？会立即写入硬盘吗？Linux：没有，我只是将Pagecache标记为“dirty”，然后我定期写入硬盘。内存：你怎么能这样！这不是在欺骗那些程序吗？如果停电了怎么办？Linux：对于需要及时写入硬盘的，有两种方法，一种是调用我提供的fsync方法强制写入硬盘，另一种是在访问文件的时候，可以指定不要使用页面缓存。Memory：相当于什么都不说了，没有Pagecache有多慢。Linux：你现在知道页面缓存的重要性了。pagecache是??一种比较通用的文件缓存机制，由我来管理。对于一些应用，比如数据库，他需要更灵活更复杂的文件缓存，所以他不需要pagecache，从头开始。记忆：嗯？数据库也在用我做缓存？Linux：哈哈，对，怪硬盘，谁让这么慢！但是要是跟你一样快，你的孩子就要下岗了，你想想，在一块存取速度超快、容量超大、还不怕断电威胁的内存面前，你会变成渣男吗？记忆叹了口气：好吧，我管不了了，你想怎么样就怎么样吧。后记：本文首图及标题来自https://www.linuxatemyram.com/，文章内容参考https://manybutfinite.com/post/page-cache-the-affair-between-memory-and-files/，准确的说，这篇文章是加料的改编版。这个博客还有几篇关于虚拟内存的文章，非常不错。我强烈建议您阅读英文原版文章。
