什么是 Page Cache？为什么需要 Page Cache？ _Page

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应用程序产生Page Cache的逻辑示意图
红色的地方就是 Page Cache，很明显，Page Cache是内核管理的内存，也就是说，它属于内核不属于用户。
如何观察 Page Cache? 在 linux 上直接查看 Page Cache 的方式有很多，包括 /proc/meminfo、free 、/proc/vmstat 命令等，它们的内容其实是一致的。拿 /proc/meminfo 命令举例看一下:
$ cat /proc/meminfo
...
Buffers: 1224 kB
Cached: 111472 kB
SwapCached: 36364 kB
Active: 6224232 kB
Inactive: 979432 kB
Active(anon): 6173036 kB
Inactive(anon): 927932 kB
Active(file): 51196 kB
Inactive(file): 51500 kB
...
Shmem: 10000 kB
...
SReclaimable: 43532 kB
根据上面的数据，你可以简单得出这样的公式（等式两边之和都是 112696 KB）：
Buffers + Cached + SwapCached = Active(file) + Inactive(file) + Shmem + SwapCached
那么等式两边的内容就是我们平时说的 Page Cache 。请注意你没有看错，两边都有Swap Cached，之所以要把它放在等式里，就是说它也是 Page Cache 的一部分。等式右边这些项把 Buffers 和 Cached 做了一下细分，分为了 Active(file)，Inactive(file) 和 Shmem，因为 Buffers 更加依赖于内核实现，在不同内核版本中它的含义可能有些不一致，而等式右边和应用程序的关系更加直接，所以我们从等式右边来分析.
在 Page Cache 中，Active(file)+Inactive(file) 是 File-backed page（与文件对应的内存页），是你最需要关注的部分。因为你平时用的 mmap() 内存映射方式和 buffered I/O来消耗的内存就属于这部分，最重要的是，这部分在真实的生产环境上也最容易产生问题，我们在接下来的课程案例篇会重点分析它。
而 SwapCached 是在打开了 Swap 分区后，把 Inactive(anon)+Active(anon) 这两项里的匿名页给交换到磁盘（swap out），然后再读入到内存（swap in）后分配的内存。由于读入到内存后原来的 Swap File 还在，所以 SwapCached 也可以认为是 File-backed page，即属于 Page Cache 。这样做的目的也是为了减少 I/O 。
通过下面简单的示意图明白 SwapCached 是怎么产生的:
SwapCached 只在 Swap 分区打开的情况下才会有，而我建议你在生产环境中关闭 Swap 分区，因为 Swap 过程产生的 I/O 会很容易引起性能抖动。

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Page Cache 中的 Shmem 是指匿名共享映射这种方式分配的内存（free 命令中 shared 这一项），比如 tmpfs（临时文件系统），这部分在真实的生产环境中产生的问题比较少。
free 命令中的 buff/cache 究竟是指什么呢？
free 命令也是通过解析 /proc/meminfo 得出这些统计数据的，这些都可以通过 free 工具的源码来找到。free 命令的源码是开源，你可以去看下 procfs里的 free.c 文件，源码是最直接的理解方式，它会加深你对 free 命令的理解。
$ free -k
total used free shared buff/cache availabl
Mem: 7926580 7277960 492392 10000 156228 43068
Swap: 8224764 380748 7844016
通过 procfs 源码里面的proc/sysinfo.c这个文件，你可以发现 buff/cache 包括下面这几项：
buff/cache = Buffers + Cached + SReclaimable
通过前面的数据我们也可以验证这个公式: 1224 + 111472 + 43532 的和是 156228 。
free 命令中的 buff/cache 是由 Buffers、Cached 和 SReclaimable 这三项组成的，它强调的是内存的可回收性，也就是说，可以被回收的内存会统计在这一项。
SReclaimable 是指可以被回收的内核内存，包括 dentry 和 inode 等。
掌握了 Page Cache 具体由哪些部分构成之后，在它引发一些问题时，你就能够知道需要去观察什么。比如说，应用本身消耗内存（RSS）不多的情况下，整个系统的内存使用率还是很高，那不妨去排查下是不是 Shmem(共享内存) 消耗了太多内存导致的。
为什么需要 Page Cache？
第一张图你其实已经可以直观地看到，标准 I/O 和内存映射会先把数据写入到 Page Cache，这样做会通过减少 I/O 次数来提升读写效率。
看一个具体的例子。首先，我们来生成一个 1G 大小的新文件，然后把 Page Cache 清空，确保文件内容不在内存中，以此来比较第一次读文件和第二次读文件耗时的差异。具体的流程如下。