Page Cache 的核心思想：

1. 所有磁盘 I/O 都经过 Page Cache
   - 读文件：先查 Page Cache，命中则直接返回
   - 写文件：先写入 Page Cache，定期写回磁盘

2. Page Cache 和 buddy system 的关系
   - Page Cache 的页面来自 buddy system
   - 释放 Page Cache 时，页面归还 buddy system

3. 两种页面类型：
   - file-backed page：映射到文件的页面
   - anonymous page：进程的堆/栈，没有文件对应

两者都缓存在 Page Cache 中，都受 LRU 管理。

读取文件时（read syscall）：

1. 磁盘文件 → Page Cache → 用户 Buffer

   read(fd, buf, size):
   → VFS 接收请求
   → 查找 Page Cache（radix tree）

   Cache Hit：
     → 直接从 Page Cache 读取（无磁盘 I/O）
     → 耗时：~100ns（内存访问）

   Cache Miss：
     → 从 buddy system 分配页面
     → 发起磁盘 I/O（读写磁盘）
     → 数据写入 Page Cache
     → 返回给用户

2. 写文件时（write syscall）：

   write(fd, buf, size):
   → 直接写入 Page Cache（不立即写磁盘）
   → 设置页面为 dirty
   → 标记 inode 为 dirty
   → 立即返回（快速写入）
   → 后台 pdflush/flush 线程写回磁盘（延迟写回）

   好处：写入比实际磁盘 I/O 快 100~1000 倍

Page Cache 用 radix tree 快速查找：

struct address_space {
    struct radix_tree_root page_tree; // radix tree 根
    spinlock_t tree_lock;             // 保护锁
    unsigned long nrpages;            // 页面总数
    // ...
};

查找 key = (inode, offset)：
  → 线性扫描太慢 → 用 radix tree
  → O(log N) 查找，N = 页面数量
  → 每个文件一个 radix tree

radix tree 的特点：
  - 稀疏数组（sparse array）
  - 只有存在的页面才占用节点
  - 节省内存（不需要预分配整个数组）
  - 查找：给定文件偏移，快速找到对应页面

radix_tree_insert()：
  → 把 page 对象插入 tree
  → key = offset >> PAGE_SHIFT

radix_tree_lookup()：
  → 给定 offset，查找 page
  → 返回 struct page *

匿名页面（anonymous pages）也走 LRU：

当物理内存紧张时，kswapd 回收页面：
  - 优先回收文件页（干净 → 直接释放，脏 → 写回）
  - 其次回收匿名页（需要 swapout 到磁盘）

LRU 链表结构：

struct zone {
    // 文件页链表
    struct list_head[NR_LRU_LISTS] fileInactive;
    struct list_head[NR_LRU_LISTS] fileActive;

    // 匿名页链表
    struct list_head[NR_LRU_LISTS] anonInactive;
    struct list_head[NR_LRU_LISTS] anonActive;
};

LRU_LIST 分类：
  - LRU_INACTIVE_ANON：匿名冷页（最近没访问）
  - LRU_ACTIVE_ANON：匿名热页（最近访问过）
  - LRU_INACTIVE_FILE：文件冷页
  - LRU_ACTIVE_FILE：文件热页

回收优先级（默认）：
  1. file cold（最优先，因为直接释放）
  2. anon cold（需要 swapout）
  3. file hot（脏文件先写回）
  4. anon hot（最不愿意回收）

Page Cache 的预读（readahead）：

预读的原理：
  - 应用可能顺序访问文件
  - 内核预测下一步访问，提前把页面加载到 Page Cache
  - 减少磁盘 I/O 等待

预读触发（典型）：
  1. 应用顺序读文件（read(fd, buf, size)）
  2. Page Cache miss → 分配页面 → 从磁盘读
  3. 检测到顺序访问模式
  4. 预读 2~4 个额外页面（提前到 Page Cache）

查看预读效果：
  $ strace -e trace=read ./program 2>&1 | head -20

  read(3, "hello world...", 4096) = 4096
  → 每次 read 4KB

  $ cat /proc/self/maps
  7f... rw-p ... // 内存映射文件

  如果是 mmap，顺序访问会触发 readahead：
  → 内核自动把后续页面读入 Page Cache