Linux 文件缓存是一项重要的性能改进，在大多数情况下，读缓存在绝大多数情况下是有益无害的（程序可以直接从RAM中读取数据）。写缓存比较复杂，Linux内核将磁盘写入缓存，过段时间再异步将它们刷新到磁盘。这对加速磁盘I/O有很好的效果，但是当数据未写入磁盘时，丢失数据的可能性会增加。

当然，也存在缓存被写爆的情况，还可能出现一次性往磁盘写入过多数据，以致使系统卡顿。这些卡顿是因为系统认为，缓存太大用异步的方式来不及把它们都写进磁盘，于是切换到同步的方式写入。

这些都是可控制的选项，根据工作负载和数据，可以决定如何设置它们：

sysctl -a | grep dirty

$ sysctl -a | grep dirty
vm.dirty_background_bytes = 0
vm.dirty_background_ratio = 10
vm.dirty_bytes = 0
vm.dirty_expire_centisecs = 3000
vm.dirty_ratio = 20
vm.dirty_writeback_centisecs = 500
vm.dirtytime_expire_seconds = 43200

或者

# sysctl -a | grep dirty
sysctl: reading key "net.ipv6.conf.all.stable_secret"
sysctl: reading key "net.ipv6.conf.default.stable_secret"
sysctl: reading key "net.ipv6.conf.eth0.stable_secret"
sysctl: reading key "net.ipv6.conf.eth1.stable_secret"
sysctl: reading key "net.ipv6.conf.lo.stable_secret"
vm.dirty_background_bytes = 0
vm.dirty_background_ratio = 10
vm.dirty_bytes = 0
vm.dirty_expire_centisecs = 3000
vm.dirty_ratio = 30
vm.dirty_writeback_centisecs = 500

以上参数的源文件位置为：

ls -l /proc/sys/vm/dirty_*

# ls -l /proc/sys/vm/dirty_*
-rw-r--r-- 1 root root 0 Oct 15 22:05 /proc/sys/vm/dirty_background_bytes
-rw-r--r-- 1 root root 0 Sep 26 07:59 /proc/sys/vm/dirty_background_ratio
-rw-r--r-- 1 root root 0 Oct 15 22:05 /proc/sys/vm/dirty_bytes
-rw-r--r-- 1 root root 0 Oct 15 22:05 /proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs
-rw-r--r-- 1 root root 0 Sep 26 07:59 /proc/sys/vm/dirty_ratio
-rw-r--r-- 1 root root 0 Oct 15 22:05 /proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs

参数解析：

1、vm.dirty_background_ratio 

内存可以填充脏数据的百分比。这些脏数据稍后会写入磁盘，pdflush/flush/kdmflush这些后台进程会稍后清理脏数据。比如，我有32G内存，那么有3.2G（10%的比例）的脏数据可以待着内存里，超过3.2G的话就会有后台进程来清理。

2、vm.dirty_ratio

可以用脏数据填充的绝对最大系统内存量，当系统到达此点时，必须将所有脏数据提交到磁盘，同时所有新的I/O块都会被阻塞，直到脏数据被写入磁盘。这通常是长I/O卡顿的原因，但这也是保证内存中不会存在过量脏数据的保护机制。

3、vm.dirty_background_bytes 和 vm.dirty_bytes

另一种指定这些参数的方法。如果设置 xxx_bytes版本，则 xxx_ratio版本将变为0，反之亦然。

4、vm.dirty_expire_centisecs 

指定脏数据能存活的时间。在这里它的值是30秒。当 pdflush/flush/kdmflush 在运行的时候，他们会检查是否有数据超过这个时限，如果有则会把它异步地写到磁盘中。毕竟数据在内存里待太久也会有丢失风险。

5、vm.dirty_writeback_centisecs 

指定多长时间 pdflush/flush/kdmflush 这些进程会唤醒一次，然后检查是否有缓存需要清理。

可以通过下面方式看内存中有多少脏数据：

cat /proc/vmstat | egrep "dirty|writeback"

$ cat /proc/vmstat | egrep "dirty|writeback"
nr_dirty 106
nr_writeback 0
nr_writeback_temp 0
nr_dirty_threshold 3934012
nr_dirty_background_threshold 1964604

说明：以上结果，显示一共有106页的脏数据

dirty_ratio 与 dirty_background_ratio 区别

文件系统缓存dirty_ratio与dirty_background_ratio两个参数区别

这两天在调优数据库性能的过程中，需要降低操作系统文件Cache对数据库性能的影响，故调研了一些降低文件系统缓存大小的方法，其中一种是通过修改 /proc/sys/vm/dirty_background_ratio 以及 /proc/sys/vm/dirty_ratio 两个参数的大小来实现。看了不少相关博文的介绍，不过一直弄不清楚这两个参数的区别在哪里，后来看了下面的一篇英文博客才大致了解了它们的不同。

vm.dirty_background_ratio:  这个参数指定了当文件系统缓存脏页数量达到系统内存百分之多少时（如5%）就会触发pdflush/flush/kdmflush等后台回写进程运行，将一定缓存的脏页异步地刷入外存磁盘上；

vm.dirty_ratio:  这个参数则指定了当文件系统缓存脏页数量达到系统内存百分之多少时（如10%），系统不得不开始处理缓存脏页（因为此时脏页数量已经比较多，为了避免数据丢失需要将一定脏页刷入外存磁盘上）；在此过程中很多应用进程可能会因为系统转而处理文件IO而阻塞。

之前一直错误的以为dirty_ratio的触发条件不可能达到，因为每次肯定会先达到vm.dirty_background_ratio的条件，后来才知道自己理解错了。确实是先达到vm.dirty_background_ratio的条件后触发flush进程进行异步的回写操作，但是这一过程中应用进程仍然可以进行写操作，如果多个应用进程写入的量大于flush进程刷出的量那自然会达到vm.dirty_ratio这个参数所设定的阈值，此时操作系统会转入同步地处理脏页的过程，阻塞应用进程。

Linux 磁盘I/O优化

1、减少缓存

在很多情况下，有快速的磁盘子系统，它们有自己的大电池支持的NVRAM缓存，所以将东西保存在系统页面缓存中是有风险的。让我们尝试以更及时的方式向磁盘发送I/O，并减少本地操作系统(借用服务行业的话)“陷入困境”的机会。为了做到这一点，我们减小/etc/sysctl.conf中vm.dirty_background_ratio和vm.dirty_ratio的数值，并执行 sysctl -p 命令:

vm.dirty_background_ratio = 5
vm.dirty_ratio = 10

这是基于Linux的虚拟机管理程序的典型方法。

不建议将这些参数设置为0，一些后台I/O可以很好地将应用程序性能与磁盘阵列在SAN(“峰值”)上的较短时间的较高延迟解耦。

2、增加缓存

在某些情况下，显著提高缓存对性能有积极的影响。在这些情况下，Linux客户机上包含的数据不是关键的，可能会丢失，而且应用程序通常会重复或以可重复的方式写入相同的文件。理论上，通过允许内存中存在更多脏页，你将在缓存中一遍又一遍地重写相同的块，只需要每隔一段时间向实际磁盘写一次。为此，我们提出了以下参数:

vm.dirty_background_ratio = 50
vm.dirty_ratio = 80

有时候还会提高vm.dirty_expire_centisecs 这个参数的值，来允许脏数据更长时间地停留。除了增加数据丢失的风险之外，如果缓存已满并需要同步，还会有长时间I/O卡顿的风险，因为在大型虚拟机缓存中有大量数据。

3、增减都用

有时候系统需要应对突如其来的高峰数据，它可能会拖慢磁盘。

比如说：每小时或者午夜进行批处理作业、在Raspberry Pi上写SD卡等等。

这种情况下，可以允许大量的写I/O存储在缓存中，这样后台刷新操作就可以慢慢异步处理它:

vm.dirty_background_ratio = 5
vm.dirty_ratio = 80

这个时候，系统后台进程在脏数据达到5%时就开始异步清理，但在80%之前系统不会强制同步写磁盘。在此基础上，你只需要调整RAM和vm.dirty_ratio大小以便能缓存所有的写数据。当然，磁盘上的数据一致性也存在一定风险。

总结

无论你选择哪种方式，都应该始终收集数据来支持你的更改，并帮助你确定是在改进还是变得更糟。

可以从应用程序，/proc/vmstat, /proc/meminfo, iostat, vmstat 以及 /proc/sys/vm 里面获得大量有用信息。