好久没有更新了。。。
主要内容：
1. 缓存简介
在编程中，缓存是很常见也很有效的一种提高程序性能的机制。
linux内核也不例外，为了提高I/O性能，也引入了缓存机制，即将一部分磁盘上的数据缓存到内存中。
1.1 原理
之所以通过缓存能提高I/O性能是基于以下2个重要的原理：
CPU访问内存的速度远远大于访问磁盘的速度（访问速度差距不是一般的大，差好几个数量级）数据一旦被访问，就有可能在短期内再次被访问（临时局部原理）
1.2 策略
缓存的创建和读取没什么好说的，无非就是检查缓存是否存在要创建或者要读取的内容。
但是写缓存和缓存回收就需要好好考虑了，这里面涉及到「缓存内容」和「磁盘内容」同步的问题。
1.2.1 「写缓存」常见的有3种策略
3种策略的优缺点如下：
策略
复杂度
性能
不缓存简单缓存只用于读，对于写操作较多的I/O，性能反而会下降
写透缓存简单提升了读性能，写性能反而有些下降(除了写磁盘，还要写缓存)
回写复杂读写的性能都有提高(目前内核中采用的方法)
1.2.2 「缓存回收」的策略
最近最少使用(LRU) :: 每个缓存数据都有个时间戳，保存最近被访问的时间。回收缓存时首先回收时间戳较旧的数据。双链策略(LRU/2) :: 基于LRU的改善策略。具体参见下面的补充说明
补充说明(双链策略):
双链策略其实就是 LRU(Least Recently Used) 算法的改进版。
它通过2个链表(活跃链表和非活跃链表)来模拟LRU的过程，目的是为了提高页面回收的性能。
页面回收动作发生时，从非活跃链表的尾部开始回收页面。
双链策略的关键就是页面如何在2个链表之间移动的。
双链策略中，每个页面都有2个标志位，分别为
PG_active – 标志页面是否活跃，也就是表示此页面是否要移动到活跃链表
PG_referenced – 表示页面是否被进程访问到
页面移动的流程如下：
参考：Linux 2.6 中的页面回收与反向映射
2. 页高速缓存
故名思义，页高速缓存中缓存的最小单元就是内存页。
但是此内存页对应的数据不仅仅是文件系统的数据，可以是任何基于页的对象，包括各种类型的文件和内存映射。
2.1 简介
页高速缓存缓存的是具体的物理页面，与前面章节中提到的虚拟内存空间(vm_area_struct)不同，假设有进程创建了多个 vm_area_struct 都指向同一个文件，
那么这个 vm_area_struct 对应的 页高速缓存只有一份。
也就是磁盘上的文件缓存到内存后，它的虚拟内存地址可以有多个，但是物理内存地址却只能有一个。
为了有效提高I/O性能，页高速缓存要需要满足以下条件：
下面通过分析内核中的相应的结构体，来了解内核是如何提高 I/O性能的。
2.2 实现
实现页高速缓存的最重要的结构体要算是 address_space ，在 <linux/fs.h> 中
struct address_space {radix_tree_root page_tree; spinlock_ttree_lock; unsigned prio_tree_root i_mmap;list_head i_mmap_nonlinear;spinlock_ti_mmap_lock; unsigned unsigned pgoff_twriteback_index;address_space_operations *a_ops; unsigned backing_dev_info *backing_dev_info; spinlock_tprivate_lock; list_head private_list; address_space *assoc_mapping; mutexunmap_mutex; } __attribute__((aligned(sizeof(long))));
补充说明：
此外，对于这里出现的一种新的数据结构 radix 树，进行简要的说明。
radix树通过long型的位操作来查询各个节点， 存储效率高，并且可以快速查询。
linux中 radix树相关的内容参见： include/linux/radix-tree.h 和 lib/radix-tree.c
下面根据我自己的理解，简单的说明一下radix树结构及原理。
2.2.1 首先是 radix树节点的定义
radix_tree_node {unsigned unsigned rcu_head rcu_head; *slots[RADIX_TREE_MAP_SIZE]; unsigned };
弄清楚 radix_tree_node 中各个字段的含义，，也就差不多知道 radix树是怎么一回事了。
2.2.2 每个叶子节点指向文件内相应偏移所对应的缓存页
比如下图表示 0x000000 至 0x11111111 的偏移范围，树的高度为4 （图是网上找的，不是自己画的）
2.2.3 radix tree 的叶子节点都对应一个二进制的整数，不是字符串，所以进行比较的时候非常快
其实叶子节点的值就是地址空间的值(一般是long型)
3. 页回写
由于目前linux内核中对于「写缓存」采用的是第3种策略，所以回写的时机就显得非常重要，回写太频繁影响性能，回写太少容易造成数据丢失。
3.1 简介
linux 页高速缓存中的回写是由内核中的一个线程(flusher 线程)来完成的，flusher 线程在以下3种情况发生时，触发回写操作。
1. 当空闲内存低于一个阀值时
空闲内存不足时，需要释放一部分缓存，由于只有不脏的页面才能被释放，所以要把脏页面都回写到磁盘，使其变成干净的页面。
2. 当脏页在内存中驻留时间超过一个阀值时
确保脏页面不会无限期的驻留在内存中，从而减少了数据丢失的风险。
3. 当用户进程调用 sync() 和 fsync() 系统调用时
给用户提供一种强制回写的方法，应对回写要求严格的场景。
页回写中涉及的一些阀值可以在 /proc/sys/vm 中找到
下表中列出的是与 pdflush(flusher 线程的一种实现) 相关的一些阀值
阀值
描述
dirty_background_ratio占全部内存的百分比，当内存中的空闲页达到这个比例时，pdflush线程开始回写脏页
dirty_expire_interval该数值以百分之一秒为单位，它描述超时多久的数据将被周期性执行的pdflush线程写出
dirty_ratio占全部内存的百分比，当一个进程产生的脏页达到这个比例时，就开始被写出
dirty_writeback_interval该数值以百分之一秒未单位，它描述pdflush线程的运行频率
laptop_mode一个布尔值，用于控制膝上型计算机模式
3.2 实现
flusher线程的实现方法随着内核的发展也在不断的变化着。下面介绍几种在内核发展中出现的比较典型的实现方法。
1. 膝上型计算机模式
这种模式的意图是将硬盘转动的机械行为最小化，允许硬盘尽可能长时间的停滞，以此延长电池供电时间。
该模式通过 /proc/sys/vm/laptop_mode 文件来设置。(0 – 关闭该模式 1 – 开启该模式)
2. bdflush 和 kupdated (2.6版本前 flusher 线程的实现方法)
bdflush 内核线程在后台运行，系统中只有一个 bdflush 线程，当内存消耗到特定阀值以下时，bdflush 线程被唤醒
kupdated 周期性的运行，写回脏页。
bdflush 存在的问题：
整个系统仅仅只有一个 bdflush 线程，当系统回写任务较重时，bdflush 线程可能会阻塞在某个磁盘的I/O上，
导致其他磁盘的I/O回写操作不能及时执行。
3. pdflush (2.6版本引入)
pdflush 线程数目是动态的，取决于系统的I/O负载。它是面向系统中所有磁盘的全局任务的。
pdflush 存在的问题：
pdflush的数目是动态的，一定程度上缓解了 bdflush 的问题。但是由于 pdflush 是面向所有磁盘的，
所以有可能出现多个 pdflush 线程全部阻塞在某个拥塞的磁盘上，同样导致其他磁盘的I/O回写不能及时执行。
4. flusher线程 (2.6.32版本后引入)
flusher线程改善了上面出现的问题：
首先，flusher 线程的数目不是唯一的，这就避免了 bdflush 线程的问题
其次，flusher 线程不是面向所有磁盘的，而是每个 flusher 线程对应一个磁盘，这就避免了 pdflush 线程的问题
走过的路成为背后的风景，不能回头不能停留，若此刻停留，
