Buffer 是缓冲区，而 Cache 是缓存，两者都是数据在内存中的临时存储。
避免跟文中的“缓存”一词混淆，而文中的“缓存”，则通指内存中的临时存储。
free
$ man free
buffers
Memory used by kernel buffers (Buffers in /proc/meminfo)
cache
Memory used by the page cache and slabs (Cached and SReclaimable in /proc/meminfo)
buff/cache
Sum of buffers and cache
Buffers 是内核缓冲区用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Buffers 值。
Cache 是内核页缓存和 Slab 用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Cached 与 SReclaimable 之和。
proc 文件系统
/proc 是 Linux 内核提供的一种特殊文件系统，是用户跟内核交互的接口。比方说，用户可以从 /proc 中查询内核的运行状态和配置选项，查询进程的运行状态、统计数据等，当然，你也可以通过 /proc 来修改内核的配置。
$ man proc
/meminfo
Buffers %lu
Relatively temporary storage for raw disk blocks that shouldn't get tremendously large
(20MB or so).
Cached %lu
In-memory cache for files read from the disk (the page cache). Doesn't include SwapCached.
...
SReclaimable %lu (since Linux 2.6.19)
Part of Slab, that might be reclaimed, such as caches.
SUnreclaim %lu (since Linux 2.6.19)
Part of Slab, that cannot be reclaimed on memory pressure.
Buffers 是对原始磁盘块的临时存储，也就是用来缓存磁盘的数据，通常不会特别大（20MB 左右）。这样，内核就可以把分散的写集中起来，统一优化磁盘的写入，比如可以把多次小的写合并成单次大的写等等。
Cached 是从磁盘读取文件的页缓存，也就是用来缓存从文件读取的数据。这样，下次访问这些文件数据时，就可以直接从内存中快速获取，而不需要再次访问缓慢的磁盘。
SReclaimable 是 Slab 的一部分。Slab 包括两部分，其中的可回收部分，用 SReclaimable 记录；而不可回收部分，用 SUnreclaim 记录。
问题
（1）Buffer 的文档没有提到这是磁盘读数据还是写数据的缓存，而在很多网络搜索的结果中都会提到 Buffer 只是对将要写入磁盘数据的缓存。那反过来说，它会不会也缓存从磁盘中读取的数据呢？
（2）Cache 是对从文件读取数据的缓存，那么它是不是也会缓存写文件的数据呢？
案例
预先安装 apt install sysstat，通过 vmstat 来观察 Buffer 和 Cache 的变化情况。
使用 dd 来模拟磁盘和文件的 I/O，需要观测 I/O 的变化情况。
场景 1：
# 第一个 terminal
$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches # 清理文件页、目录项、Inodes 等各种缓存
$ vmstat 1 # 每隔 1 秒输出 1 组数据
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 7743608 1112 92168 0 0 0 0 52 152 0 1 100 0 0
0 0 0 7743608 1112 92168 0 0 0 0 36 92 0 0 100 0 0
buff 和 cache 就是我们前面看到的 Buffers 和 Cache，单位是 KB。
bi 和 bo 则分别表示块设备读取和写入的大小，单位为块 / 秒。因为 Linux 中块的大小是 1KB，所以这个单位也就等价于 KB/s。
在系统空闲时，这几个值在多次结果中一直保持不变。
# 第二个 terminal，通过读取随机设备，生成一个 500MB 大小的文件
$ dd if=/dev/urandom of=/tmp/file bs=1M count=500
回到第一个 terminal，在 dd 命令运行时， Cache 在不停地增长，而 Buffer 基本保持不变。
但在 Cache 刚开始增长时，块设备 I/O 很少，bi 只出现了一次 488 KB/s，bo 则只有一次 4KB。而过一段时间后，才会出现大量的块设备写，比如 bo 变成了 122880。
当 dd 命令结束后，Cache 不再增长，但块设备写还会持续一段时间，并且，多次 I/O 写的结果加起来，才是 dd 要写的 500M 的数据。
# 第一个 terminal
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 7499460 1344 230484 0 0 0 0 29 145 0 0 100 0 0
1 0 0 7338088 1752 390512 0 0 488 0 39 558 0 47 53 0 0
1 0 0 7158872 1752 568800 0 0 0 4 30 376 1 50 49 0 0
1 0 0 6980308 1752 747860 0 0 0 0 24 360 0 50 50 0 0
0 0 0 6977448 1752 752072 0 0 0 0 29 138 0 0 100 0 0
0 0 0 6977440 1760 752080 0 0 0 152 42 212 0 1 99 1 0
...
0 1 0 6977216 1768 752104 0 0 4 122880 33 234 0 1 51 49 0
0 1 0 6977440 1768 752108 0 0 0 10240 38 196 0 0 50 50 0
文档上说 Cache 是文件读的页缓存，怎么现在写文件也有它的份？
我们再看一个磁盘写的案例：
# 第二个 terminal
$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 然后运行 dd 命令向磁盘分区 /dev/sdb1 写入 2G 数据
$ dd if=/dev/urandom of=/dev/sdb1 bs=1M count=2048
再回到第一个 terminal，观察内存和 I/O 的变化情况：写磁盘时（也就是 bo 大于 0 时），Buffer 和 Cache 都在增长，但显然 Buffer 的增长快得多。说明写文件时会用到 Cache 缓存数据，而写磁盘则会用到 Buffer 来缓存数据。
所以，Cache 是文件读的缓存，但实际上，Cache 也会缓存写文件时的数据。
# 第一个 terminal
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
1 0 0 7584780 153592 97436 0 0 684 0 31 423 1 48 50 2 0
1 0 0 7418580 315384 101668 0 0 0 0 32 144 0 50 50 0 0
1 0 0 7253664 475844 106208 0 0 0 0 20 137 0 50 50 0 0
1 0 0 7093352 631800 110520 0 0 0 0 23 223 0 50 50 0 0
1 1 0 6930056 790520 114980 0 0 0 12804 23 168 0 50 42 9 0
1 0 0 6757204 949240 119396 0 0 0 183804 24 191 0 53 26 21 0
1 1 0 6591516 1107960 123840 0 0 0 77316 22 232 0 52 16 33 0
场景 2：
# 第二个 terminal
$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 从文件 /tmp/file 中，读取数据写入空设备
$ dd if=/tmp/file of=/dev/null
回到第一个 terminal，观察内存和 I/O 的变化情况：观察 vmstat 的输出，你会发现读取文件时（也就是 bi 大于 0 时），Buffer 保持不变，而 Cache 则在不停增长。
所以，证明了 Cache 是对文件读的页缓存。
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 1 0 7724164 2380 110844 0 0 16576 0 62 360 2 2 76 21 0
0 1 0 7691544 2380 143472 0 0 32640 0 46 439 1 3 50 46 0
0 1 0 7658736 2380 176204 0 0 32640 0 54 407 1 4 50 46 0
0 1 0 7626052 2380 208908 0 0 32640 40 44 422 2 2 50 46 0
那么，磁盘读又是什么情况呢？
$ echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 从磁盘分区 /dev/sda1 中读取数据，写入空设备
$ dd if=/dev/sda1 of=/dev/null bs=1M count=1024
回到第一个 terminal，观察内存和 I/O 的变化情况：发现读磁盘时（也就是 bi 大于 0 时），Buffer 和 Cache 都在增长，但显然 Buffer 的增长快很多。这说明读磁盘时，数据缓存到了 Buffer 中。
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 7225880 2716 608184 0 0 0 0 48 159 0 0 100 0 0
0 1 0 7199420 28644 608228 0 0 25928 0 60 252 0 1 65 35 0
0 1 0 7167092 60900 608312 0 0 32256 0 54 269 0 1 50 49 0
0 1 0 7134416 93572 608376 0 0 32672 0 53 253 0 0 51 49 0
0 1 0 7101484 126320 608480 0 0 32748 0 80 414 0 1 50 49 0
结论：读文件时数据会缓存到 Cache 中，而读磁盘时数据会缓存到 Buffer 中。
Buffer 既可以用作“将要写入磁盘数据的缓存”，也可以用作“从磁盘读取数据的缓存”。
Cache 既可以用作“从文件读取数据的页缓存”，也可以用作“写文件的页缓存”。
简单来说，Buffer 是对磁盘数据的缓存，而 Cache 是文件内容数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中。
小结
Buffer 和 Cache 分别缓存磁盘和文件系统的读写数据。
从写的角度来说，不仅可以优化磁盘和文件的写入，对应用程序也有好处，应用程序可以在数据真正落盘前，就返回去做其他工作。
从读的角度来说，既可以加速读取那些需要频繁访问的数据，也降低了频繁 I/O 对磁盘的压力。
实际案例：
磁盘是块设备，可以划分为不同的分区，在分区之上再创建文件系统，挂载到某个目录，之后才可以在这个目录中读写文件。
（1）Buffer 与特定的 block device 块设备相关联，并且包括文件系统 metadata 元数据的缓存以及跟踪正在进行中的 pages。Cache 仅包含文件数据。 也就是说，Buffer 会记住目录，文件权限，以及跟踪特定块设备正在写入或读取的内存，文件系统的 metadata 是磁盘数据，不是文件数据。 Cache 仅包含文件本身的内容。
（2）读写普通文件时，会进过经过文件系统，有文件系统负责与磁盘交互；在读写磁盘或者分区时，就会跳过文件系统，也就是所谓的“裸 I/O”。理论上，读文件首先磁盘到Buffer，再由文件系统操作到Cache，读取需要两次，这方式简单但低效，后期Linux将这两步合并成只有一个Cache了。
（3）数据库使用裸设备是明显的磁盘读写；如果数据库的数据文件在文件系统上就是文件读写。
（4）socket buffer 是 Cache；VM虚拟机会越过文件系统，直接操作disk，也就是direct I/O。
思考
如何统计出所有进程的物理内存使用量呢？
提示：要避免重复计算多个进程同时占用的内存，像是页缓存、共享内存这类。如果你把 ps、top 得到的数据直接相加，就会出现重复计算的问题。这里，我推荐从 /proc/ /smaps 入手。