Comment fonctionne le cache du système de fichiers Linux
Le noyau réserve une certaine quantité de mémoire système pour mettre en cache les accès disque du système de fichiers afin d'accélérer les performances globales. Le cache sous Linux s'appelle le Page Cache . La taille du cache de page est configurable avec des valeurs par défaut généreuses activées pour mettre en cache de grandes quantités de blocs de disque. La taille maximale du cache et les politiques d'expulsion des données du cache sont réglables avec les paramètres du noyau. L'approche du cache Linux est appelée cache en écriture différée. Cela signifie que si des données sont écrites sur le disque, elles sont écrites en mémoire dans le cache et marquées comme sales dans le cache jusqu'à ce qu'elles soient synchronisées sur le disque. Le noyau maintient des structures de données internes pour optimiser les données à expulser du cache lorsque plus d'espace est nécessaire dans le cache.
Pendant les appels système de lecture Linux, le noyau vérifiera si les données demandées sont stockées dans des blocs de données dans le cache, ce serait un succès de cache et les données seront renvoyées du cache sans faire d'E/S sur le système de disque. En cas d'échec du cache, les données seront extraites du système IO et le cache mis à jour en fonction des politiques de mise en cache, car ces mêmes données sont susceptibles d'être à nouveau demandées.
Lorsque certains seuils d'utilisation de la mémoire sont atteints, les tâches d'arrière-plan commencent à écrire des données modifiées sur le disque pour s'assurer qu'elles effacent le cache mémoire. Ceux-ci peuvent avoir un impact sur les performances des applications gourmandes en mémoire et en CPU et nécessitent un réglage par les administrateurs et/ou les développeurs.
Utilisation de la commande gratuite pour afficher l'utilisation du cache
Nous pouvons utiliser la commande free de la ligne de commande afin d'analyser la mémoire système et la quantité de mémoire allouée à la mise en cache. Voir commande ci-dessous :
#libre -m
Ce que nous voyons de la libre commande ci-dessus est qu'il y a 7,5 Go de RAM sur ce système. Sur ce total, seuls 209 Mo sont utilisés et 6,5 Mo sont gratuits. 667 Mo sont utilisés dans le cache tampon. Essayons maintenant d'augmenter ce nombre en exécutant une commande pour générer un fichier de 1 gigaoctet et en lisant le fichier. La commande ci-dessous générera environ 100 Mo de données aléatoires, puis ajoutera 10 copies du fichier en une seule. grand_fichier .
# dd if=/dev/random of=/root/data_file count=1400000
# pour i dans `seq 1 10` ; faire écho $i; cat data_file >> grand_fichier ; terminé
Maintenant, nous allons nous assurer de lire ce fichier 1 Gig, puis de vérifier à nouveau la commande free :
# cat grand_fichier > /dev/null# libre -m
Nous pouvons voir que l'utilisation du cache tampon est passée de 667 à 1735 mégaoctets, soit une augmentation d'environ 1 gigaoctet de l'utilisation du cache tampon.
Commande de caches de suppression de machine virtuelle Proc Sys
Le noyau Linux fournit une interface pour supprimer le cache. Essayons ces commandes et voyons l'impact sur le paramètre libre.
# echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches# libre -m
Nous pouvons voir ci-dessus que la majorité de l'allocation du cache tampon a été libérée avec cette commande.
Vérification expérimentale du fonctionnement des caches de suppression
Pouvons-nous effectuer une validation des performances de l'utilisation du cache pour lire le fichier ? Lisons le fichier et réécrivons-le dans /dev/null afin de tester combien de temps il faut pour lire le fichier à partir du disque. Nous allons le chronométrer avec le temps commander. Nous effectuons cette commande immédiatement après avoir vidé le cache avec les commandes ci-dessus.
Il a fallu 8,4 secondes pour lire le fichier. Lisons-le à nouveau maintenant que le fichier devrait être dans le cache du système de fichiers et voyons combien de temps cela prend maintenant.
Boom! Il n'a fallu que 0,2 seconde contre 8,4 secondes pour le lire lorsque le fichier n'était pas mis en cache. Pour vérifier, répétons cela en vidant d'abord le cache, puis en lisant le fichier 2 fois.
Cela a parfaitement fonctionné comme prévu. 8,5 secondes pour la lecture non mise en cache et 0,2 seconde pour la lecture mise en cache.
Conclusion
Le cache de page est automatiquement activé sur les systèmes Linux et rendra les IO plus rapides de manière transparente en stockant les données récemment utilisées dans le cache. Si vous souhaitez effacer manuellement le cache, cela peut être fait facilement en envoyant une commande echo au système de fichiers /proc indiquant au noyau de supprimer le cache et de libérer la mémoire utilisée pour le cache. Les instructions pour exécuter la commande ont été présentées ci-dessus dans cet article et la validation expérimentale du comportement du cache avant et après le vidage a également été présentée.