緩沖區的主要目的是進行流量整形，将大量的小規模I/O組織成穩定的少量大規模I/O，進而減少響應次數。換句話說，緩沖區用于平衡系統兩端的處理速度。比如你不能用一點點資料寫入硬碟，而是積累一定量的資料，一起寫入一個塊。
cache和buffer的存儲結構不同。
緩沖區是一塊記憶體，用于存儲與外部存儲器交換的資料。CPU 不能直接與外部存儲器通信。對于外部存儲器，讀寫速度要慢得多。緩沖區用于存儲兩個不同速度或不同優先級的裝置之間的資料傳輸。是以，緩沖區可以減少程序間通信的等待時間。當存儲速度較快的裝置與存儲速度較慢的裝置通信時。為了從存儲速度較慢的裝置存儲資料，系統會先将資料存儲在緩沖區中，然後在存儲速度較快的裝置達到一定級别時再讀取緩沖區資料。同時，存儲速度更快的裝置可以完成其他任務。
例如，二進制地形 (BT) 格式用于存儲高程網格。BT下載下傳需要較長時間挂機，電腦可能24小時連續運作，但是BT下載下傳的資料是零散的，這也展現在硬碟寫入上，因為硬碟是機械尋址裝置。這種碎片化的寫入會導緻硬碟長期高負荷機械運動，導緻硬碟過早老化和損壞。是以，新釋出的BT軟體将緩沖區的概念應用于記憶體。資料暫時寫入緩沖區，最大到一定大小（512M），然後一次性寫入硬碟。這種方法大大減少了硬碟的高負荷機械運動。
例如，如果您線上觀看視訊，視訊播放器會在開始時将幾秒鐘的視訊資源預加載到緩沖區中。您消耗視訊的速率是視訊資源的正常播放。在這種情況下，視訊可以流暢播放。如果網速強，會下載下傳更多的視訊資源并積累，直到緩沖區滿，暫時停止加載，等待部分緩沖區清空，重新開始加載。即使視訊的下載下傳速度波動，您觀看的視訊在播放速率方面也是穩定的。
例如，當您有資源寫入硬碟時，硬碟的最小寫入大小通常是一個塊，通常為 4KB。是以，4KB的資料會先存入緩沖區，然後再寫入硬碟，而不是每次都準備一個位元組的資料。此時，磁盤以每次 4KB 的速率消耗資料。
在網絡連接配接過程中，由于網絡速度的原因，核心中維護的傳輸控制協定（TCP） 連接配接可能有大量資料寫入 TCP 緩沖區。這是因為socket對應的應用程式可能無法及時消費資料。
緩存是介于 CPU 和記憶體之間的一種存儲，通過考慮 CPU 和記憶體的讀寫速度，根據局部性原則配置設定資料來增加通路時間。例如，對于空間局部性，系統會将資料添加到記憶體塊旁邊的緩存中。對于時間局部性，将應用最不常用（LFU）來從緩存中删除資料。
讀緩沖區和寫緩沖區
讀緩沖區的資料并不總是有效的，而是實時生成的。每當緩沖區已滿或緩沖區被主動重新整理時，都會觸發讀取。對于小資料，這樣可以減少讀取次數。對于大資料，這個讀取的資料量是根據緩沖區大小進行歸一化的。這意味着必須首先讀取饋送到緩沖區的資料。這是一個明顯的順序通路功能。
寫緩沖區是對應的讀緩沖區。對于小資料寫入，需要填滿寫緩沖區。對于大資料，大資料會被劃分成緩沖區大小，分批寫入。對于特定裝置，一次寫入 4K 是最有效的。将小資料累積到緩沖區中的4K，一次寫入或将大資料分成4K為每個分片，多次寫入。
各種緩沖技術
單緩沖
- 僅使用一個緩沖區
- 生産者将一個資料塊生成到緩沖區中。消費者消耗緩沖區。一旦緩沖區再次為空，下一個資料塊将被移動到緩沖區。
- 大多數時候，連接配接總是使用緩沖區。
- 單個緩沖區的目标是提供絕對 I/O 一緻性，確定 I/O 性能，并盡可能減少記憶體使用量。
雙緩沖
- 隻使用了兩個緩沖區
- 生産者在緩沖區 1 中生成一個資料塊。而消費者同時使用緩沖區 2。是以，無需等待填充緩沖區。當緩沖區 1 滿時，将緩沖區 1 交換到緩沖區 2，消費者消費緩沖區 1 的資料。
- 它也被稱為緩沖區交換
- 由于生産者和消費者不在同一個緩沖區上操作，它可以盡可能地減少鎖定時間。在一小部分時間内，它們仍然可以在同一個緩沖區上操作
- 然而，過程的複雜性增加了。如果程序執行 I/O 的快速突發，它可能是有缺陷的。
圓形緩沖器
- 僅當使用超過 2 個緩沖區時。
- 緩沖區的集合可以稱為循環緩沖區或環形緩沖區
- 生産者隻能在緩沖區 (i) 中的資料等待消費時填滿緩沖區 (ni)
- 根據維基百科的“循環緩沖區”，有緩沖區長度固定、先進先出、将元素移到緩沖區時其他元素的位置不變等3個特性。
- 使用循環緩沖區而不是雙緩沖将提高資料傳輸率。它适用于執行快速 I/O 突發的程序。
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