UNIX 블록 버퍼 캐시 (Block Buffer Cache)

Jan 23, 2026 · Updated Jan 27, 2026

핵심 개념

블록 버퍼 캐시(Block Buffer Cache)는 디스크 블록을 메인 메모리에 캐싱하여 디스크 I/O 횟수를 줄이는 커널 메커니즘이다. 디스크 접근은 메모리보다 수천~수만 배 느리므로, 최근 접근한 블록을 메모리에 유지하면 재접근 시 빠르게 서비스할 수 있다(시간적 지역성 활용).

동작 원리

버퍼 헤더 구조

각 버퍼 헤더는 장치 번호, 블록 번호, 메모리 포인터, 상태 플래그를 가진다.

캐시 내부 구조

블록 버퍼 캐시 구조

해시 테이블

장치+블록 번호 빠른 검색

Free Lists

LRU 리스트 AGE 리스트 EMPTY 리스트

LRU 리스트: 최근 사용된 버퍼 (LRU 순서)
AGE 리스트: 최근 사용 안 된 버퍼 또는 유효하지 않은 내용
EMPTY 리스트: 물리 메모리가 연결되지 않은 헤더

동작 흐름

Read: 캐시 히트 시 즉시 반환, 미스 시 디스크에서 로드
Write: 캐시에 쓰고 dirty 표시, 나중에 디스크로 flush (write-back)
sync(): 30초마다 dirty 버퍼를 디스크에 기록

예시

블록 버퍼 캐시는 “책상 위 자료”와 같다. 자주 보는 문서는 책상(메모리)에 두고, 덜 보는 건 서랍(디스크)에 보관한다.

read() 캐시 미스 흐름

1 해시 테이블 검색

장치+블록 번호로 검색 (히트 시 버퍼에서 즉시 복사)

2 버퍼 할당

캐시 미스 → AGE/LRU 리스트에서 빈 버퍼 할당

3 디스크 로드

디스크에서 블록을 버퍼로 읽어옴 (느림)

4 데이터 복사

버퍼에서 사용자 공간으로 복사

디스크 I/O 대폭 감소, 쓰기 지연(write-back)으로 성능 향상
디스크 드라이버가 요청 정렬 가능 → seek 최적화
단점: 시스템 크래시 시 dirty 버퍼 손실 위험, 동기 쓰기 필요 시 성능 저하