【Linux】Buffer和Cache区别和用途

buffer 缓冲区

用于存储速度不同的设备之间的数据传输。通过buffer可以减少进程间的等待

当存储速度快的设备与存储速度慢的设备进行通信时，存储慢的数据先把数据存放到

buffer，达到一定程度存储快的设备再读取buffer的数据，在此期间存储快的设备CPU可以干其他的事情。

一般是用在写入磁盘的，例如：某个进程要求多个字段被读入，当所有要求的字段被读入之前已经读入的字段会先放到buffer中。

cache 缓存区

是高速缓存，是位于CPU和主内存之间的容量较小但速度很快的存储器，

因为CPU的速度远远高于主内存的速度，CPU从内存中读取数据需等待很长的时间，而 Cache保存着CPU刚用过的数据或循环使用的部分数据，这时从Cache中读取数据会更快，减少了CPU等待的时间，提高了系统的性能。

Cache并不是缓存文件的，而是缓存块的(块是I/O读写最小的单元)；Cache一般会用在I/O请求上，如果多个进程要访问某个文件，可以把此文件读入Cache中，这样下一个进程获取CPU控制权并访问此文件直接从Cache读取，提高系统性能。

二者区别：

Buffer（缓冲区）和Cache（高速缓存）是计算机中常用的两个概念，它们有一些共同点，但也存在一些重要的区别。

1. 定义：Buffer是一个临时存储区域，用于临时保存数据，以便进行高效的输入/输出操作；而Cache是一种高速存储器，用于在CPU和内存之间存储最常用的数据和指令。
2. 用途：Buffer主要用于数据传输的平衡和优化，它可以缓冲输入/输出设备和应用程序之间的数据流，以平衡传输速度不匹配的问题；而Cache主要用于提高系统性能，通过预先将频繁访问的数据和指令存储在高速缓存中，以减少对主存的访问次数，加快数据和指令的获取速度。
3. 存储位置：Buffer可以存在于内存、磁盘或网络中，它一般是在数据传输过程中创建和使用；而Cache位于CPU和主存之间，通常是由硬件实现的。
4. 数据一致性：Buffer的数据可能是暂时的，可丢失的，不保证数据的一致性；而Cache存储的数据会保持和主存的一致性，通过缓存一致性协议来保证数据一致性。

使用Buffer的情况：

• 数据传输速度不匹配的情况下，可以通过Buffer来实现数据的缓冲，平衡数据传输。
• 对于大型文件的读写操作，可以使用Buffer来提高读写效率，减少磁盘访问次数。
• 在网络通信中，可以使用Buffer来存储接收到的数据，进行分组、解析或处理。

使用Cache的情况：

• 频繁访问、读取的数据和指令，可以存储在Cache中，以提高CPU的访问速度。
• 常用的库函数、系统调用等，可以存放在Cache中，以减少对主存或文件系统的访问。
• 在多级Cache结构中，更高级别的Cache用于存储频繁访问的数据，更低级别的Cache用于存储次频繁访问的数据。

总的来说，Buffer用于平衡数据传输速度，缓冲输入/输出操作；而Cache用于提高系统性能，存储常用的数据和指令，减少对主存的访问次数。在实际应用中，会根据需求和系统性能要求选择使用Buffer还是Cache。

主要应用场景

Buffer类型的内存主要用于数据传输和缓存操作。以下是一些使用Buffer类型内存的应用场景：

1. 文件读写操作：在读写大型文件时，可以使用Buffer来提高读写效率。数据首先从磁盘读入Buffer，再从Buffer写入磁盘，可以减少磁盘的访问次数，提高数据传输速度。
2. 网络通信：在网络通信中，数据的传输速度可能受到网络带宽和延迟的限制。使用Buffer可以将接收到的数据暂存起来，当接收到足够多的数据或达到一定条件时再进行处理和响应，以平衡数据传输速度。
3. 图像处理：在图像处理过程中，缓存图像数据可以提高处理效率。可以通过将图像数据读入Buffer，然后在Buffer中进行各种处理操作，最后再将处理后的图像写回到内存或存储设备。

Cache类型的内存主要用于提高系统的性能，存储常用的数据和指令，减少对主存的访问次数。以下是一些使用Cache类型内存的应用场景：

1. CPU缓存：现代计算机中，CPU通常拥有多级Cache，用于存储频繁访问的数据和指令。比如，L1 Cache用于存储最常用的数据和指令，L2 Cache存储次频繁访问的数据，而L3 Cache存储更大规模的数据。
2. 库函数和系统调用：经常使用的库函数、系统调用、驱动程序等可以存放在Cache中，以减少对主存或文件系统的访问。这样可以加快这些常用函数的执行速度，提高系统性能。
3. 数据库查询：在数据库系统中，经常访问的数据可以被缓存在Cache中，以加快查询相同数据的速度。这样可以避免频繁地从磁盘或网络中读取数据，提高响应时间。

需要注意的是，Buffer和Cache并不是严格的两种互斥的内存类型，而是根据应用需求和系统设计选择使用的不同策略。有些应用可能同时使用Buffer和Cache来提高数据访问和传输的效率。