리눅스 서버를 운영하다 보면 실제로 실행 중인 서비스나 프로세스 수에 비해 메모리 사용량이 과도하게 높아 보이는 경우가 많습니다. 이로 인해 메모리 부족이나 시스템 이상을 의심하게 되지만, 대부분은 리눅스의 메모리 관리 방식에 대한 오해에서 비롯된 정상적인 현상입니다. 이 글에서는 리눅스에서 Page Cache와 Buffer Cache가 어떤 역할을 하며, 메모리를 어떻게 활용하는지 구조적으로 정리해보겠습니다.
Page Cache와 Buffer Cache를 이해해야 하는 이유
리눅스는 사용하지 않는 메모리를 비워두는 운영체제가 아닙니다. 디스크 접근 속도는 메모리 접근 속도보다 훨씬 느리기 때문에, 성능 향상을 위해 남는 메모리를 캐시 용도로 적극 활용합니다. 이 과정에서 파일 데이터와 디스크 관련 정보가 메모리에 저장되며, 그 중심에 Page Cache와 Buffer Cache가 있습니다. 이 개념을 이해하지 못하면 메모리 사용량을 잘못 판단하고 불필요한 조치를 하게 될 수 있습니다.
Page Cache란 무엇인가
Page Cache는 파일 시스템 기반의 데이터 캐시입니다. 리눅스에서 파일을 읽을 때 매번 디스크에서 직접 데이터를 가져오는 대신, 한 번 읽은 파일의 내용을 메모리에 저장해 두고 이후 동일한 요청이 발생하면 메모리에서 바로 데이터를 제공합니다. 일반 텍스트 파일뿐 아니라 실행 파일, 공유 라이브러리, 설정 파일 등 대부분의 파일 접근이 Page Cache를 통해 처리됩니다.
Page Cache의 주요 특징
Page Cache는 파일의 실제 내용을 메모리에 저장하며, inode와 연계되어 동작합니다. 동일한 파일에 대한 반복 접근이 많을수록 디스크 I/O를 줄일 수 있어 전체 시스템 성능이 향상됩니다. 웹 서버의 정적 파일 제공이나 로그 파일 조회처럼 반복적인 파일 읽기가 많은 환경에서 특히 효과적입니다.
Buffer Cache란 무엇인가
Buffer Cache는 디스크 블록 단위로 데이터를 캐싱하는 개념입니다. 과거 리눅스에서는 Page Cache와 Buffer Cache가 명확히 분리되어 있었지만, 현대 리눅스 커널에서는 구조가 상당 부분 통합되어 동작합니다. 그럼에도 Buffer Cache라는 용어는 여전히 디스크 메타데이터나 블록 디바이스 설명에서 사용됩니다.
Buffer Cache가 담당하는 영역
Buffer Cache는 파일 시스템의 슈퍼블록, 비트맵, inode 정보와 같은 메타데이터를 포함합니다. 또한 쓰기 작업이 발생할 때 디스크에 바로 기록하지 않고, 임시로 메모리에 저장한 뒤 적절한 시점에 디스크로 반영하는 역할도 수행합니다.
Page Cache와 Buffer Cache는 메모리를 어떻게 공유하는가
Page Cache와 Buffer Cache는 서로 완전히 분리된 메모리 영역을 사용하는 것이 아니라, 동일한 물리 메모리 풀을 공유합니다. 커널은 시스템 상태를 고려해 어떤 데이터를 캐시로 유지할지 동적으로 판단합니다. 애플리케이션이 새로운 메모리를 필요로 하면, 오래 사용되지 않은 캐시부터 자동으로 회수되어 재할당됩니다.
free 명령어에서 보이는 buff/cache의 의미
free 명령어를 실행하면 buff/cache 항목이 크게 표시되는 경우가 많습니다. 이 수치는 현재 Page Cache와 Buffer Cache로 사용 중인 메모리 양을 의미합니다. 중요한 점은 이 영역이 고정적으로 점유된 메모리가 아니라는 것입니다. 실제로 시스템에서 활용 가능한 메모리를 판단할 때는 free 값보다 available 값을 기준으로 보는 것이 더 정확합니다.
캐시는 언제 줄어들고 언제 유지되는가
Page Cache와 Buffer Cache는 메모리 압박이 발생하면 자동으로 줄어듭니다. 새로운 프로세스가 메모리를 요청하거나 시스템이 메모리 부족 상태에 가까워지면, 커널은 오래 사용되지 않은 캐시부터 제거합니다. 반대로 메모리 여유가 충분하고 동일한 파일 접근이 반복되는 환경에서는 캐시가 유지되며 성능 향상에 기여합니다.
정리
리눅스의 Page Cache와 Buffer Cache는 메모리를 낭비하는 구조가 아니라, 디스크 I/O를 최소화하고 시스템 성능을 높이기 위한 핵심 메커니즘입니다. 메모리 사용량이 높아 보인다고 해서 곧바로 문제가 있는 것은 아니며, 캐시의 존재와 동작 방식을 이해하는 것이 안정적인 서버 운영의 출발점이라고 할 수 있습니다.