Linux运用一个功能广泛的缓冲和缓存框架来提高系统的速度。缓冲和缓存利用一部分系统物理内存，确保最重要、最常使用的块设备数据在操作时可直接从主内存获取，而无需从低速设备读取。物理内存还用于存储从快设备读取的数据，使得随后对该数据的访问可直接在物理内存进行，而无需从外部设备再次取用。考虑系统中多种因素然后延迟写回在总体上改进了系统的性能。前面分析的部分，例如内存管理的slab缓存是一个内存到内存的缓存，其目地不是加速对低速设备的操作，而是对现有资源进行更简单、更高效的使用。文件系统的Dentry缓存也用于减少对低速块设备的访问，但他无法推广到通用场合，因为他是专门用于处理单一数据类型的。
内核为块设备提供了两种通用的缓存方案：
1）页缓存，针对以页为单位的所有操作，并考虑了特定体系结构上的页长度。一个主要的例子是内存映射技术。因为其他类型的文件访问也是基于内核中的这一技术实现的。所以页缓存实际上负责了块设备的大部分缓存工作。
2）块缓存，以块为操作单位。在进行I/O操作时，存取的单位是设备的各个块，而不是整个内存页。尽管页长度对所有文件系统都是相同的，但块长度取决于特定的文件系统或其设置。因而，块缓存必须能够处理不同长度的块。
目前用于块传输的标准数据结构已经演变为structbio。用这种方式进行块传输更为高效，因为他可以合并同一请求中后续的块，加速处理的进行。在许多场合下，页缓存和块缓存是联合使用的。例如，一个缓存的页在写操作期间可以划分为不同的缓冲区，这样可以在更细的力度下，识别出页被修改的部分。好处在于，在将数据写回时，只需要回写被修改的部分，无需将这个页面传输回底层的块设备。
页面缓存结构
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- struct address_space {
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- struct inode *host;
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- struct radix_tree_root page_tree;
- spinlock_t tree_lock;
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- unsigned int i_mmap_writable;
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- struct prio_tree_root i_mmap;
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- struct list_head i_mmap_nonlinear;
- spinlock_t i_mmap_lock;
- unsigned int truncate_count;
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- unsigned long nrpages;
- pgoff_t writeback_index;
- const struct address_space_operations *a_ops;
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- unsigned long flags;
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- struct backing_dev_info *backing_dev_info;
- spinlock_t private_lock;
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- struct list_head private_list;
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- struct address_space *assoc_mapping;
- } __attribute__((aligned(sizeof(long))));
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后备存储信息
- struct backing_dev_info {
- struct list_head bdi_list;
- struct rcu_head rcu_head;
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- unsigned long ra_pages;
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- unsigned long state;
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- unsigned int capabilities;
- congested_fn *congested_fn;
- void *congested_data;
- void (*unplug_io_fn)(struct backing_dev_info *, struct page *);
- void *unplug_io_data;
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- char *name;
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- struct percpu_counter bdi_stat[NR_BDI_STAT_ITEMS];
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- struct prop_local_percpu completions;
- int dirty_exceeded;
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- unsigned int min_ratio;
- unsigned int max_ratio, max_prop_frac;
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- struct bdi_writeback wb;
- spinlock_t wb_lock;
- struct list_head wb_list;
- unsigned long wb_mask;
- unsigned int wb_cnt;
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- struct list_head work_list;
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- struct device *dev;
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- #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
- struct dentry *debug_dir;
- struct dentry *debug_stats;
- #endif
- };
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