Linux支持的文件系统大多以块的形式组织文件，为了减少对物理块设备的访问，在文件以块的形式调入内存后，使用块高速缓存（buffer_cache)对它们进行管理。每个缓冲区由两部分组成，第一部分称为缓冲区首部，用数据结构buffer_head表示，第二部分是真正的缓冲区内容（即所存储的数据）。由于缓冲区首部不与数据区域相连，数据区域独立存储。因而在缓冲区首部中，有一个指向数据的指针和一个缓冲区长度的字段。图8.6给出了一个缓冲区的格式。
缓冲区首部包含：
·用于描述缓冲区内容的信息，包括：所在设备号、起始物理块号、包含在缓冲区中的字节数。
·缓冲区状态的域：是否有有用数据、是否正在使用、重新利用之前是否要写回磁盘等。
·用于管理的域。
图8.6 缓冲区格式
buffer-head数据结构在include\linux\fs.h中定义如下：
/*
* Try to
keep the most commonly used fields in single cache lines (16
* bytes) to improve performance. This ordering should be
* particularly beneficial on 32-bit processors.
*
* We use the
first 16 bytes for the data which is used in searches
* over the block
hash lists (ie. getblk() and friends).
*
* The second
16 bytes we use for lru buffer scans, as used by
* sync_buffers() and refill_freelist(). -- sct
*/
struct buffer_head {
/*
First cache line: */
struct buffer_head *b_next; /* 哈希队列链表t */
unsigned long b_blocknr; /* 逻辑块号 */
unsigned short b_size;
/* 块大小 */
unsigned short b_list;
/* 本缓冲区所出现的链表 */
kdev_t b_dev;
/* 虚拟设备标示符(B_FREE = free) */
atomic_t b_count;
/* 块引用计数器 */
kdev_t b_rdev;
/* 实际设备标识符*/
unsigned long b_state;
/* 缓冲区状态位图 */
unsigned long b_flushtime; /* 对脏缓冲区进行刷新的时间*/
struct buffer_head *b_next_free;/* 指向lru/free 链表中的下一个元素 */
struct buffer_head *b_prev_free;/* 指向链表中的上一个元素*/
struct
buffer_head *b_this_page;/* 每个页面中的缓冲区链表*/
struct buffer_head *b_reqnext;
/*请求队列 */
struct buffer_head **b_pprev;
/* 哈希队列的双向链表 */
char
* b_data; /*
指向数据块 */
struct page *b_page;
/* 这个bh所映射的页面*/
void (*b_end_io)(struct buffer_head *bh, int uptodate);
/* I/O结束方法*/
void *b_private;
/* 给b_end_io保留 */
unsigned long b_rsector; /* 缓冲区在磁盘上的实际位置*/
wait_queue_head_t b_wait; /* 缓冲区等待队列 */
struct inode * b_inode;
struct list_head b_inode_buffers; /* inode脏缓冲区的循环链表*/
};
其中缓冲区状态在fs.h中定义为枚举类型：
/* bh
state bits */
enum bh_state_bits {
BH_Uptodate, /* 如果缓冲区包含有效数据则置1 */
BH_Dirty, /* 如果缓冲区数据被改变则置1 */
BH_Lock, /* 如果缓冲区被锁定则置1*/
BH_Req,
/* 如果缓冲区数据无效则置0 */
BH_Mapped,
/* 如果缓冲区有一个磁盘映射则置1 */
BH_New,
/* 如果缓冲区为新且还没有被写出则置1 */
BH_Async, /* 如果缓冲区是进行end_buffer_io_async I/O 同步则置1 */
BH_Wait_IO,
/* 如果我们应该把这个缓冲区写出则置1 */
BH_launder,
/* 如果我们应该“清洗”这个缓冲区则置1 */
BH_JBD,
/* 如果与journal_head相连接则置1 */
BH_PrivateStart,/* 这不是一个状态位，但是，第一位由其他实体用于私有分配*/
｝
显然一个缓冲区可以同时具有上述状态的几种。
块高速缓存的管理很复杂，下面先对空缓冲区、空闲缓冲区、正使用的缓冲区、缓冲区的大小以及缓冲区的类型作一个简短的介绍：
缓冲区可以分为两种，一种是包含了有效数据的，另一种是没有被使用的，即空缓冲区。
具有有效数据并不能表明某个缓冲区正在被使用，毕竟，在同一时间内，被进程访问的缓冲区（即处于使用状态）只有少数几个。当前没有被进程访问的有效缓冲区和空缓冲区称为空闲缓冲区。其实，buffer_head结构中的b_count就可以反映出缓冲区是否处于使用状态。如果它为0，则缓冲区是空闲的。大于0，则缓冲区正被进程访问。
缓冲区的大小不是固定的，当前Linux支持5种大小的缓冲区，分别是512、1024、2048、4096、8192字节。Linux所支持的文件系统都使用共同的块高速缓存，在同一时刻，块高速缓存中存在着来自不同物理设备的数据块，为了支持这些不同大小的数据块，Linux使用了几种不同大小的缓冲区。
当前的Linux缓冲区有3种类型，在include/linux/fs.h中有如下的定义：
#define BUF_CLEAN
0
/*未使用的、干净的缓冲区*/
#define BUF_LOCKED 1 /*被锁定的缓冲区，正等待写入*/
#define BUF_DIRTY 2 /*脏的缓冲区，其中有有效数据，需要写回磁盘*/
VFS使用了多个链表来管理块高速缓存中的缓冲区。
首先，对于包含了有效数据的缓冲区，用一个哈希表来管理，用hash_table来指向这个哈希表。哈希索引值由数据块号以及其所在的设备标识号计算（散列）得到。所以在buffer_head这个结构中有一些用于哈希表管理的域。使用哈希表可以迅速地查找到所要寻找的数据块所在的缓冲区。
对于每一种类型的未使用的有效缓冲区，系统还使用一个LRU（最近最少使用）双链表管理，即lru-list链。由于共有三种类型的缓冲区，所以有三个这样的LRU链表。当需要访问某个数据块时，系统采取如下算法：
首先，根据数据块号和所在设备号在块高速缓存中查找，如果找到，则将它的b-count域加1，因为这个域正是反映了当前使用这个缓冲区的进程数。如果这个缓冲区同时又处于某个LRU链中，则将它从LRU链中解开。
如果数据块还没有调入缓冲区，则系统必须进行磁盘I/O操作，将数据块调入块高速缓存，同时将空缓冲区分配一个给它。如果块高速缓存已满（即没有空缓冲区可供分配），则从某个LRU链首取下一个，先看是否置了“脏”位，如已置，则将它的内容写回磁盘。然后清空内容，将它分配给新的数据块。
在缓冲区使用完了后，将它的b_count域减1，如果b_count变为0，则将它放在某个LRU链尾，表示该缓冲区已可以重新利用。
为了配合以上这些操作，以及其它一些多块高速缓存的操作，系统另外使用了几个链表，主要是：
·对于每一种大小的空闲缓冲区，系统使用一个链表管理，即free_list链。
·对于空缓冲区，系统使用一个unused_list链管理。
以上几种链表都在fs/buffer.c定义。
Linux中，用bdflush守护进程完成对块高速缓存的一般管理。bdflush守护进程是一个简单的内核线程，在系统启动时运行，它在系统中注册的进程名称为
kflushd，你可以使用ps命令看到此系统进程。它的一个作用是监视块高速缓存中的“脏”缓冲区，在分配或丢弃缓冲区时，将对“脏”缓冲区数目作一个统计。通常情况下，该进程处于休眠状态，当块高速缓存中“脏”缓冲区的数目达到一定的比例，默认是60%，该进程将被唤醒。但是，如果系统急需，则在任何时刻都可能唤醒这个进程。使用update命令可以看到和改变这个数值。
# update -d
当有数据写入缓冲区使之变成“脏”时，所有的“脏”缓冲区被连接到一个BUF_DIRTY_LRU链表中，bdflush会将适当数目的缓冲区中的数据块写到磁盘上。这个数值的缺省值为500，可以用update命令改变这个值。
另一个与块高速缓存管理相关的是update命令，它不仅仅是一个命令，还是一个后台进程。当以超级用户的身份运行时（在系统初始化时），它将周期性调用系统服务例程将老的“脏”缓冲区中内容“冲刷”到磁盘上去。它所完成的这个工作与bdflush类似，不同之处在于，当一个“脏”缓冲区完成这个操作后, 它将把写入到磁盘上的时间标记到buffer_head结构中。update每次运行时它将在系统的所有“脏”缓冲区中查找那些“冲刷”时间已经超过一定期限的，这些过期缓冲区都要被写回磁盘。