操作系统碎片知识

1. 预读失效和缓存污染是怎么解决的？

常见的 xv6， MySQL， Linux 在文件系统前面都有一层来缓存文件内容，实现对文件的快速访问，这里着重于 Linux ，和 MySQL 一样， linux 也没有采取简单的 LRU 替换策略，这里主要是因为传统的 LRU 可能会导致预读失效和缓存污染两个问题。

预读机制就是根据空间局部性原理，在加载磁盘中的一个页大小的数据的时候，会将相邻的数据页也加载进入 page cache ，但是如果一次性读取大量的数据页，但是他们其实之后并没有被读取，反而浪费了缓存空间，这就是预读失效问题，因此，我们需要尽量减少预读进来的页停留的时间尽量少，这一目的是和 MySQL 一样的。

我们的 Linux 将 LRU 分为了两个链表，活跃页和非活跃页链表，我们会将预读的页加入非活跃页链表，而活跃页则是至少读取过一次的页，非活跃页只有被读取了过一次，才会放入活跃页，否则，就会从非活跃页链表中溢出。

但是与此同时，我们如果一次性读取大量的数据，而这些数据仅仅会读取一次，就放入了活跃页链表，而之前会多次读取的热点数据就被加载的大量数据给淘汰了，但是这些数据仅仅会读取一次，很明显，这是不合理的，所以我们应该提高进入活跃页链表的门槛，在 Linux 中，只有在页被二次访问的时候，才会加入到活跃页链表，而 MySQL 中成为活跃页的要求更加苛刻，需要你访问的持续时间（第一次到最近一次的间隔）超过 1 秒，才能够加入 young 链表中，这也能够很好的减少缓存污染的问题。

2. 讲讲 Page Cache ?

这里不得不提 xv6 中 lock 实验的 buffer cache， 它用来充当文件系统的缓存，以磁盘块为单位，而我们的 Page Cache 是以页为单位，也是文件系统的缓存，在 linux 中， buffer cache 被合并在了 Page Cache 中。

我们的 Page Cache 在内核中是全局可见的，我们通过系统调用 read， write 等等都是在内核态中读写 page cache 来实现的，在这种情况下，由于直接读写内存，速度是非常快的，而且减少了磁盘 I/O，而当我们进程崩溃，并不会对文件系统或者 page cache 造成影响，但是如果操作系统崩溃，那就可能会导致数据丢失。

对于操作系统崩溃也有一些要说的，但是总结成一句话就是 log 日志可以保证操作系统的文件系统状态正常，但是无法保证数据不丢失。