Linuxファイルシステムキャッシュのしくみ
カーネルは、全体的なパフォーマンスを高速化するために、ファイルシステムのディスクアクセスをキャッシュするために一定量のシステムメモリを予約します。 Linuxのキャッシュは キャッシュページ 。ページキャッシュのサイズは、大量のディスクブロックをキャッシュするために有効にされた寛大なデフォルトで構成可能です。キャッシュの最大サイズと、キャッシュからデータを削除するタイミングのポリシーは、カーネルパラメータで調整できます。 Linuxキャッシュのアプローチは、ライトバックキャッシュと呼ばれます。これは、データがディスクに書き込まれる場合、データはキャッシュのメモリに書き込まれ、ディスクに同期されるまでキャッシュ内でダーティとしてマークされることを意味します。カーネルは内部データ構造を維持して、キャッシュにより多くのスペースが必要な場合にキャッシュから削除するデータを最適化します。
Linuxの読み取りシステムコール中に、カーネルは要求されたデータがキャッシュ内のデータのブロックに格納されているかどうかを確認します。これはキャッシュヒットに成功し、データはディスクシステムにIOを実行せずにキャッシュから返されます。キャッシュミスの場合、データはIOシステムからフェッチされ、キャッシュポリシーに基づいてキャッシュが更新されます。これは、同じデータが再度要求される可能性があるためです。
メモリ使用量の特定のしきい値に達すると、バックグラウンドタスクは、メモリキャッシュをクリアしていることを確認するために、ダーティデータのディスクへの書き込みを開始します。これらは、メモリやCPUを集中的に使用するアプリケーションのパフォーマンスに影響を与える可能性があり、管理者や開発者による調整が必要になります。
Freeコマンドを使用してキャッシュ使用量を表示する
システムメモリとキャッシュに割り当てられたメモリの量を分析するために、コマンドラインからfreeコマンドを使用できます。以下のコマンドを参照してください。
＃自由 -NS
私たちが見たもの 自由 上記のコマンドは、このシステムに7.5GBのRAMがあることです。このうち、209 MBのみが使用され、6.5MBは無料です。バッファキャッシュで667MBが使用されます。次に、コマンドを実行して1ギガバイトのファイルを生成し、そのファイルを読み取ることによって、その数を増やしてみましょう。以下のコマンドは、約100MBのランダムデータを生成し、ファイルの10個のコピーを1つにまとめて追加します。 large_file 。
＃dd if = / dev / random of = / root / data_file count = 1400000
＃ `seq 110`のiの場合; $ iをエコーします。 cat data_file >> large_file;終わり
ここで、この1 Gigファイルを確認してから、freeコマンドをもう一度確認します。
＃cat large_file> / dev / null＃無料-m
バッファキャッシュの使用量が667メガバイトから1735メガバイトに増加し、バッファキャッシュの使用量が約1ギガバイト増加したことがわかります。
Proc SysVMドロップキャッシュコマンド
Linuxカーネルは、キャッシュを削除するためのインターフェイスを提供します。これらのコマンドを試して、空き設定への影響を確認しましょう。
＃echo 1> / proc / sys / vm / drop_caches＃無料-m
上記のように、このコマンドでバッファキャッシュ割り当ての大部分が解放されたことがわかります。
ドロップキャッシュが機能することの実験的検証
キャッシュを使用してファイルを読み取るパフォーマンス検証を行うことはできますか？ファイルを読み取り、/ dev / nullに書き戻して、ディスクからファイルを読み取るのにかかる時間をテストしてみましょう。時間を計ります 時間 指図。上記のコマンドでキャッシュをクリアした直後に、このコマンドを実行します。
ファイルの読み取りには8.4秒かかりました。ファイルがファイルシステムキャッシュにあるはずなので、もう一度読んで、どれくらいの時間がかかるかを見てみましょう。
ブーム！ファイルがキャッシュされていない場合の読み取りに8.4秒かかったのに対し、わずか0.2秒しかかかりませんでした。確認するために、最初にキャッシュをクリアしてからファイルを2回読み取ることにより、これをもう一度繰り返しましょう。
期待どおりに完全に機能しました。キャッシュされていない読み取りの場合は8.5秒、キャッシュされた読み取りの場合は.2秒。
結論
ページキャッシュはLinuxシステムで自動的に有効になり、最近使用したデータをキャッシュに保存することでIOを透過的に高速化します。カーネルにキャッシュをドロップしてキャッシュに使用されているメモリを解放するように指示するechoコマンドを/ procファイルシステムに送信することで簡単に実行できるキャッシュを手動でクリアする場合。コマンドを実行するための手順は、この記事の上記のとおりであり、フラッシュの前後のキャッシュ動作の実験的検証も示されています。