磁盤緩存出現的原因大概有兩個：一是訪問磁盤的速度遠慢于訪問內存的速度，通過在內存中緩存磁盤內容可以提高訪問速度；二是根據程序的局部性原理，數據一旦被訪問過，就很有可能在短時間內再次被訪問，所以在內存中緩存磁盤內容可以提高程序運行速度。簡而言之，Linux磁盤緩存機制是為提高系統對磁盤中資源的訪問速度。

接下來我們先來詳細講解一下Linux磁盤緩存機制的兩大原因：

1.局部性原理

程序局部性原理：程序在執行時呈現出局部性規律，即在一段時間內，整個程序的執行僅限于程序中的某一部分。相應地，執行所訪問的存儲空間也局限于某個內存區域，具體來說，局部性通常有兩種形式：時間局部性和空間局部性。

時間局部性：被引用過一次的存儲器位置在未來會被多次引用。

空間局部性：如果一個存儲器的位置被引用，那么將來他附近的位置也會被引用。

2.頁緩存

Linux系統中為了減少對磁盤的IO操作，會將打開的磁盤內容進行緩存，而緩存的地方則是物理內存，進而將對磁盤的訪問轉換成對內存的訪問，有效提高程序的速度。Linux的緩存方式是利用物理內存緩存磁盤上的內容，稱為頁緩存（page cache）。

頁緩存是由內存中的物理頁面組成的，其內容對應磁盤上的物理塊。頁緩存的大小會根據系統的內存空閑大小進行動態調整，它可以通過占用內存以擴張大小，也可以自我收縮以緩解內存使用壓力。

在虛擬內存機制出現以前，操作系統使用塊緩存系列，但是在虛擬內存出現以后，操作系統管理IO的粒度更大，因此采用了頁緩存機制，頁緩存是基于頁的、面向文件的緩存機制。

在這次遇到的線上故障中，根本原因在于在業務邏輯中使用了臨時文件做緩存，一個臨時文件創建后如果在短時間內刪除，這時候對這個文件的操作都是在頁緩存內進行，不會實際回寫到磁盤。當程序出現問題響應變慢時，臨時文件存活時間變長，就可能會使其被回寫到磁盤上，導致磁盤壓力過大，進而影響整個系統。

Linux系統在讀取文件時，會優先從頁緩存中讀取文件內容，如果頁緩存不存在，系統會先從磁盤中讀取文件內容更新到頁緩存中，然后再從頁緩存中讀取文件內容并返回。大致過程如下：

1)進程調用庫函數read發起讀取文件請求

2)內核檢查已打開的文件列表，調用文件系統提供的read接口

3)找到文件對應的inode，然后計算出要讀取的具體的頁

4)通過inode查找對應的頁緩存，如果頁緩存節點命中，則直接返回文件內容；如果沒有對應的頁緩存，則會產生一個缺頁異常（page fault）。這時系統會創建新的空的頁緩存并從磁盤中讀取文件內容，更新頁緩存，然后重復第4步

5)讀取文件返回

所以說，所有的文件內容的讀取，無論最初有沒有命中頁緩存，最終都是直接來源于頁緩存。

Linux系統磁盤故障的根本原因在于在業務邏輯中使用了臨時文件做緩存，一個臨時文件創建后如果在短時間內刪除，這時候對這個文件的操作都是在頁緩存內進行，不會實際回寫到磁盤。當程序出現問題響應變慢時，臨時文件存活時間變長，就可能會使其被回寫到磁盤上，導致磁盤壓力過大，進而影響整個系統。我們搞懂了Linux磁盤緩存機制，此類問題也就迎刃而解了。想要學習更多Linux相關的知識，本站的Linux教程無疑是你最佳的選擇，短期幫你快速提升Linux系統的知識水平，鍛煉你的實戰能力。