Le Buffer Cache

Introduction au buffer cache

Le buffer cache est un ensemble de structures de données et d'algorithme qui permettent de minimiser le nombre des accès disque. Ce qui est très important car les disque sont très lents relativement au CPU et un noyau qui se chargerait de toutes les entrées/sorties serait d'une grande lenteur et l'unité de traitement ne serait effectivement utilisé qu'à un faible pourcentage. Deux idées pour réduire le nombre des accès disques :

1. bufferiser les différentes commandes d'écriture et de lecture de façon à faire un accès disque uniquement pour une quantité de données de taille raisonnable
2. Éviter des écritures inutiles quand les données peuvent encore être changées

Avantages et désavantages du buffer cache

• Un accès uniforme au disque. Le noyau n'a pas à connaître la raison de l'entrée-sortie. Il copie les données depuis et vers des tampons (que ce soient des données, des inodes ou le superbloc). Ce mécanisme est modulaire et s'intègre facilement à l'ensemble du système qu'il rend plus facile à écrire.
• Rend l'utilisation des entrées-sorties plus simple pour l'utilisateur qui n'ap as à se soucier des problèmes d'alignement, il rend les programmes portables sur d'autres UNIX.
• Il réduit le trafic disque et de ce fait augmente la capacité du système.
• L'implémentation du buffer cache rotège contre certaines écritures concurrentes
• L'écriture différée pose un problème dans le cas d'un crash système. En effet si votre machine s'arrête et que un blocs est marqué "à écrire" il n'ont pas pas étés sauvegardes physiquement. L'intégrité des données n'est donc pas assurée en cas de crash.
• Le buffer cache nécessite que l'on effectue une recopie pour toute entrée-sortie. Dans le cas de transferts nombreux ceci ralentit les entrées sorties.

Le buffer cache, structures de données

Le statu d'un bloc cache est une combinaison des états suivants :

• verrouillé l'accès est réservé à un processus
• valide (les données contenues dans le bloc sont valides)
• à écire les données du bloc doivent être écrites sur disque avant de réallouer le bloc
• actif le noyau est en train d'écrire/lire le bloc sur le disque
• attendu un processus attend la libération du bloc

La liste doublement chaînes des blocs libres

Les tampons libres appartiennent simultanément à deux lites doublement chaînées : la liste des blocs libres et la hash-liste correspondant au dernier bloc ayant été contenu dans ce tampon. L'insertion dans la liste des tampons libres se fait en fin de liste, la suppression se fait en début de liste, ainsi le tampon alloué est le plus vieux tampon libéré. Ceci permet une réponse immédiate si le bloc correspondant est réutilisé avant que le tampon ne soit alloué à un autre bloc.