Память кэш что это такое: Как, почему и когда надо чистить кэш на Android

Как, почему и когда надо чистить кэш на Android

Кэш приложений может быть спорной темой на Android. Многие люди постоянно чистят кэш приложений, веря в то, что это позволит смартфону работать быстрей. Другие говорят, что это, в первую очередь, сводит на нет всю цель кэширования и просто увеличивает время запуска приложений и выполняемых действий. Истина, как обычно, где-то посередине. Некоторые приложения могут не использовать кэширование эффективно, из-за чего используются излишне большие объемы памяти. Иногда кэш может вызывать проблемы после выхода обновления и надо его сбрасывать. А еще некоторые приложения могут начинать работать медленнее, когда их кэш становится очень большим. Сказать однозначно, надо ли его удалять, нельзя. Но сейчас рассмотрим эту тему подробнее, чтобы вы понимали, когда это делать и как?

Надо ли чистить кэш телефона?

Что такое кэш на Андройд

Кэширование в компьютерном мире это то, что позволяет приложениям, таким, как браузеры, игры и потоковые сервисы хранить временные файлы, которые считаются актуальными для уменьшения времени загрузки и увеличения скорости работы. YouTube, Карты, музыкальные сервисы и множество других приложений сохраняют информацию в виде данных кэша. Это могут быть миниатюры видео, история поиска или временно сохраненные фрагменты видео. Кэширование может сэкономить много времени, так как качество и скорость Интернета не везде одинаковы. Но по иронии судьбы, когда приложения выгружают много данных на ваш телефон, это в конечном итоге замедляет его работу, особенно, когда остается мало места на встроенной памяти.

Наш Иван Кузнецов не так давно писал о том, что никогда не чистит кэш и считает это не нужным. Многие из вас, возможно, с ним не согласны. Да я и сам переодически провожу эту процедуру. Тем не менее, для полноты картины можете ознакомиться с его мнением.

Очистка кэша и данных на Android

Хотя мы часто упоминаем очистку кэша и данных в одном ключе, на Android это два совершенно разных действия. Например, музыкальные сервисы часто сохраняют в кэш информацию, относящуюся к исполнителям, которых вы слушали, но которые не входят в вашу библиотеку. Когда кэш приложения очищается, все упомянутые данные стираются.

Очистка лишней не будет? Не факт.

Более существенные данные включают в себя пользовательские настройки, базы данных и данные для входа в систему. Когда вы очистите кэш, это все удалится и будет не очень приятно. Если говорить грубо, можно сказать, что очистка кэша придает приложению тот вид, который был сразу после его установки, но у вас останутся данные, которые вы сами осознанно сохранили (загруженные песни, видео в оффлайн, карты и так далее). Если вы удалите и эти данные, то приложение будет вообще нулевым. Если чистите и кэш, и данные, проще тогда и приложение переустановить, чтобы вообще все красиво было.

Как очистить память смартфона. Пять простых шагов.

Когда надо чистить кэш

В чем-то я согласен с Иваном и с его мнением, которое я приводил в начале статьи. Нет смысла чистить кэш часто. После того, как вы его очистили, приложение все равно его создаст заново. Только в это время оно будет работать еще медленнее.

Тут важно найти баланс и понять, действительно ли ваш смартфон тормозит из-за кэша или, например, он просто старый и уже не тянет. Если не вникать в это, то можно посоветовать чистить кэш один раз в 3-6 месяцев, но быть готовым, что первые несколько дней скорость работы будет чуть ниже. В итоге, вы как бы освежите приложение, удалив лишний мусор и заново собрав только то, что нужно.

Google Play рассылает пустые обновления приложений. Что делать?

Как очистить кэш и данные на Android

Точную инструкцию для каждого смартфона дать не получится, так как все зависит от производителя и версии ОС, но общие правила будут следующими.

Шаг 1: Запустите «Настройки» и перейдите в раздел «Хранилище» (или найдите его поиском). Так вы сможете узнать, сколько памяти вашего смартфона занято и чем.

Шаг 2. В разделе «Хранилище» найдите «Приложения» (или «Другие приложения») и выберите его. В нем будут перечислены все приложения, а также то, сколько места каждое из них занимает. В некоторых версиях ОС можно найти сортировку приложений по алфавиту или размеру.

Шаг 3: Зайдите внутрь приложения и удалите кэш или данные. Только надо понимать, что это действие необратимо.

Три простых шага для очистки кэша.

В отношении специальных приложений для очистки я очень категоричен и не рекомендую ими пользоваться. Несмотря на их обещания ускорить систему чуть ли не в разы, в лучшем случае они просто сделают то же, что я только что описал. Так почему бы не сделать это самому без установки сомнительных приложений, которые еще и будут собирать ваши данные? Единственное приложение-оптимизатор, которому я доверяю, это Google Файлы, но работает оно именно с хранилищем и чистит в первую очередь мусор. Хотя, на него тоже нельзя слепо полагаться, но оно сделано Google, а к ней доверия куда больше, чем к каким-то левым разработчикам.

А вы знали, что ваш Android-смартфон принадлежит не только вам?

Если вы все еще хотите установить подобное приложение, просто помните о том, что они работают в фоновом режиме и используют системные ресурсы. Даже если они что-то ускорят, то сразу замедлят обратно.

Надо ли чистить кэш Android-приложений

Возможность очистки данных — это действительно полезная функция для решения многих проблем, уникальная для Android. Но как и любой полезной вещью злоупотреблять ей не стоит. Не надо чистить кэш и память каждый день. Делайте это периодически и только по мере надобности. Начал телефон работать медленно — пробегитесь по хранилищу. Если увидели, что какое-то из приложений занимает слишком много места, хотя не должно, очистите кэш.

Еще больше полезных советов и рассуждения в нашем Telegram-канале.

Еще раз: очистка кэша не испортит ваш смартфон, но приложение потеряет часть сохраненных данных и оптимизированных под вас настроек. Некоторое время придется накапливать их заново, зато так можно убрать действительно лишнее. Раньше можно было одной кнопкой очистить кэш всех приложений, теперь только по одному, но, наверное, это к лучшему.

Чего точно не стоит делать с кэшем, так это чистить его каждый день или каждую неделю. Так вы точно не сделаете лучше никому.

что это такое и как с ним работать – простыми словами

Что такое кэш

Кэш (cache) – это совокупность временных копий файлов программ, а также специально отведенное место их хранения для оперативного доступа. Соответственно, кэшированием называется процесс записи этих данных при работе операционной системы и отдельных программ. ОС и приложения кэшируют свои файлы в автоматическом режиме, чтобы впоследствии быстро загружать их из кэша и тем самым быстрее работать.

В чем заключается принцип работы кэша

Большая часть ПО сохраняет свои рабочие файлы в архиве или загружает их на сетевой сервер. Когда пользователь работает с программой, ему требуется некоторое время, чтобы извлечь эти данные. Ускорить процесс можно, сохраняя временные рабочие файлы в кэш, тем самым обходя процедуру разархивации или скачивания. Впоследствии, при очередном обращении программы к этим данным они будут загружаться оперативнее. Чаще всего временные файлы сохраняются в оперативной памяти. Это обусловлено присущей ей высокой скоростью считывания и записи, благодаря чему информация из нее извлекается очень быстро.

Какие существуют способы кэширования

  • Аппаратный. В этом случае временные файлы записываются на само устройство в специально отведенные для этого участки памяти. Например, аппаратное кэширование в центральном процессоре выполняется в трех видах cache-памяти – L1, L2 и L3. Это позволяет программам быстро извлечь их при необходимости без обращения к иным устройствам в системе.
  • Программный. Кэширование этого типа осуществляется в выделенный участок памяти в операционной системе (как правило, он имеет вид обычной папки). Расположение кэша у различных программ может быть разным. Например, браузеры сохраняют свои временные файлы в свои папки в разделе Document and Settings.

Независимо от того, какой из способов кэширования применяется, этот процесс обеспечивает:

  • быстрый доступ к рабочим файлам;
  • ускоренную загрузку ПО;
  • экономию трафика;
  • эффективное использование системных ресурсов;
  • повышенную производительность аппаратного и программного обеспечения.

Что такое кэш-память

Кэш-память представляет собой интегрированный в устройство выделенный раздел памяти для сохранения в нем временных рабочих данных и быстрого их извлечения. Она имеется в процессорах и иных устройствах (оперативной памяти, жестком диске) и обеспечивает существенный рост производительности и скорости обработки информации за счет оперативного доступа к нужным файлам. На флеш-накопителях (SSD) ее размер составляет до 4 Гб, на хард-дисках (HHD) – до 256 Мб.

При аппаратном кэшировании временные файлы удаляются, как правило, автоматически, участия пользователя в этом процессе не требуется. Часто он даже не знает о существовании такой системной функции.

Как происходит очистка кэша

Удаление временных рабочих файлов в ОС выполняется, за редким исключением, автоматически и не нуждается в контроле пользователя. Например, для очистки кэша браузера достаточно одновременно нажать комбинацию клавиш Ctrl + F5 на открытой интернет-странице.

В других программах удаление временных данных осуществляется в настройках. Для этого необходимо зайти в соответствующий раздел меню и очистить кэш вручную. В операционной системе Windows таким образом выполняется очистка, как правило, только у браузеров. В iOS на iPhone или iPad данный процесс выполняется в полностью автоматическом режиме, а вот пользователям устройств с ОС Android часто нужно осуществлять его вручную. Однако с выходом каждой новой версии этой операционной системы процедура очистки временных файлов становится более понятной и автоматизированной.

Нужно ли чистить кэш

Иногда кэширование файлов работает некорректно. Из-за этого, например, может загружаться старый контент вместо нового. Зачастую такое случается именно в браузерах. По этой причине кэш необходимо периодически подчищать. Если этого не сделать, то при обновлении данных на сайте (например, при загрузке новых фотографий или изменении стилей) браузер может закачать устаревшую версию контента.

Для его очистки и загрузки актуального содержимого достаточно применить на активной интернет-странице комбинацию Ctrl + F5, после чего она перезагрузится с обновленным наполнением.

В заключение

Мы рассмотрели основные аспекты работы кэша, описали простыми словами, что значит определение, разобрались в назначении процесса и оценили важность регулярной очистки. Эта информация поможет вам эффективно расходовать системные ресурсы своего компьютера, предотвратить возможные сбои при наполнении контентом сайтов, ускорить загрузку и функционирование программного обеспечения. Усвоив эти несложные рекомендации, вы сможете быстрее работать и просто наслаждаться легким и удобным серфингом в интернете.

Другие термины на букву «
К»

Все термины SEO-Википедии

Теги термина


Голосов 5, рейтинг 5

Информация о кэш-памяти в компьютере и зачем она нужна

Кэш-память — хранилище для часто используемой информации, доступ к которому осуществляется намного быстрее по сравнению с оперативной памятью или жестким диском компьютера. Рассматриваемая технология базируется на подсистеме компьютерной памяти. Главным предназначением является ускорение работы устройства. Даже если ПК обладает непроизводительным процессором, благодаря кэшированию информации скорость выполнения задач существенно повышается.

Кэш-памятью оборудованы главные элементы компьютера — жесткие диски, видеокарты, процессоры. Архитектура и работа технологии способны отличаться. Например, кэш может служить обычным буфером обмена — устройство обрабатывает информацию и передает полученные данные в специальный буфер, из которого результат поступает на интерфейс. Назначением такого кэша является предотвращение ошибок благодаря аппаратной проверке информации на целостность.

Кэш процессора

Современный процессор обладает несколькими основными уровнями кэш-памяти, нередко называемыми сверхоперативной памятью. На кристалле находится несколько аппаратных модулей. Самым меньшим по размеру является Cache Level 1, объем которого способен варьироваться от 32 до 64 Кб в зависимости от процессора. L2 обладает повышенной емкостью — от 128 Кб до 12 Мб. L3 считается самым объемным (до 40 Мб) и самым медленным.

Кэш процессора

Сверхоперативная память необходима для хранения часто используемой информации, поступающей из ОЗУ. Сегодня производители устанавливают больше трех уровней кэширования для обеспечения производительной работы компьютера. Например, компания Intel смогла реализовать дополнительный уровень кэша 0 для краткосрочного хранения расшифрованных команд. В производительных ЦП встречается сверхоперативная память 4 уровня, расположенная в отдельной микросхеме.

Кэш жесткого диска

В жестких дисках присутствует специализированная оперативная память, выступающая в качестве промежуточного звена для хранения информации. Она предназначена для краткосрочного хранения данных, считанных с носителя, но не поступивших на обработку. Необходимость использования кэша обусловлена разницей в скорости между различными компьютерными компонентами. Сегодня популярны модели дисков с объемом кэша от 32 до 64 Мб.

Кэш жесткого диска

Программный кэш

Представляет собой директорию на жестком диске компьютера, создаваемую программами для непродолжительного хранения информации. Например, браузер сохраняет страницы, просмотренные пользователем. При повторном переходе по введенному адресу браузер сначала обращается к кеш-памяти, чтобы ускорить загрузку страницы и одновременно уменьшить потребление трафика. Размер папки способен варьироваться от разновидности программного обеспечения.

Программный кэш

Кэш-память смартфона

Современные мобильные телефоны тоже обладают кэш-памятью. Она представляет собой место хранения информации приложений. Данные записываются в специальную директорию, позволяющую быстро вернуться к просмотру файлов. Наглядный пример использования кэша — работа с галереей. После просмотра фотографий устройство сохраняет уменьшенные копии изображений. Также краткосрочная память вмещает настройки приложений, отчеты и загруженные веб-ресурсы.

Кэш-память смартфона

Если кэш-память телефона будет перегружена, пользователь заметит существенное замедление работы мобильного устройства. Могут даже возникнуть программные ошибки, а некоторые приложения иногда отказываются запускаться. Для решения проблемы рекомендуется выполнить очистку кэша смартфона. Вот подробная инструкция.


Основным предназначением кэш-памяти является ускорение устройства и краткосрочное хранение информации. Модули кэш-памяти встречаются в жестких дисках, центральных процессорах и видеокартах. Также соответствующей технологией обладают смартфоны. Для обеспечения стабильной работы устройства пользователю рекомендуется периодически очищать память в настройках операционной системы телефона — такая процедура часто улучшает быстродействие.

КЭШ-ПАМЯТЬ • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 16. Москва, 2010, стр. 523

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: В. В. Шилов

КЭШ-ПА́МЯТЬ, кеш-па­мять (англ. cache – тай­ный склад, за­пас), уст­рой­ст­во бы­ст­рой (сверх­опе­ра­тив­ной) про­ме­жу­точ­ной па­мя­ти ком­пь­ю­те­ра. В К.-п. вре­мен­но по­ме­ща­ют­ся наи­бо­лее час­то ис­поль­зуе­мые дан­ные, бла­го­да­ря че­му су­ще­ст­вен­но со­кра­ща­ет­ся вре­мя дос­ту­па про­цес­сора к ко­ман­дам и дан­ным, по­сто­ян­но хра­ня­щим­ся в ос­нов­ной (опе­ра­тив­ной) па­мя­ти. В совр. про­цес­со­рах К.-п. де­лит­ся на неск. уров­ней (до трёх). К.-п. 1-го уров­ня (L1) ра­бо­та­ет с так­то­вой час­то­той про­цес­со­ра, вре­мя дос­ту­па к хра­ня­щим­ся в ней дан­ным со­став­ля­ет 2–4 так­та, объ­ём, как пра­ви­ло, неск. де­сят­ков Кбайт. К.-п. 2-го уров­ня (L2) име­ет вре­мя дос­ту­па 7–20 так­тов и объ­ём от не­сколь­ких со­тен Кбайт до не­сколь­ких Мбайт. К.-п. L1 и L2 ап­па­рат­но реа­ли­зу­ют­ся в мик­ро­про­цес­со­ре. К.-п. 3-го уров­ня (L3) обыч­но ис­поль­зу­ет­ся в сер­вер­ных сис­те­мах, име­ет наи­мень­шее бы­ст­ро­дей­ст­вие и наи­боль­ший объ­ём, мон­ти­ру­ет­ся от­дель­но от мик­ро­про­цес­со­ра.

Ис­поль­зуя К.-п., про­цес­сор пе­ред вы­пол­не­ни­ем ко­ман­ды ана­ли­зи­ру­ет со­стоя­ние сво­их ре­ги­ст­ров дан­ных; в слу­чае от­сут­ст­вия в них не­об­хо­ди­мых дан­ных он об­ра­ща­ет­ся к К.-п. L1, а за­тем к К.-п. L2. При от­сут­ст­вии дан­ных в К.-п. (та­кая си­туа­ция на­зы­ва­ет­ся про­ма­хом) про­цес­сор об­ра­ща­ет­ся к опе­ра­тив­ной па­мя­ти, а ес­ли их нет и там, счи­ты­ва­ет с жё­ст­ко­го дис­ка. Ка­ж­дый про­мах вы­зы­ва­ет за­мед­ле­ние ра­бо­ты про­цес­со­ра, по­сколь­ку он вы­ну­ж­ден об­ра­щать­ся к бо­лее мед­лен­но­му уров­ню па­мя­ти. Пред­ва­рит. вы­бор­ка дан­ных по спец. ал­го­рит­мам по­зво­ля­ет умень­шить ве­ли­чи­ну про­ма­хов до 10%. Эф­фек­тив­ность К.-п. за­ви­сит от раз­ме­ра её стро­ки (т. н. кэш-стро­ка, т. е. блок дан­ных фик­си­ро­ван­но­го раз­ме­ра, со­стоя­щий, напр., из че­ты­рёх слов, дли­ной 32 или 64 би­та ка­ж­дое), ас­со­циа­тив­но­сти (ко­ли­че­ст­ва строк К.-п., свя­зан­ных с од­ной ячей­кой опе­ра­тив­ной па­мя­ти), ал­го­рит­ма за­ме­ще­ния строк при за­пол­не­нии К.-п. и др. В свя­зи с этим вы­де­ля­ют пря­мо­ад­ре­суе­мую, час­тич­но ас­со­циа­тив­ную, пол­но­стью ас­со­циа­тив­ную К.-п. Со­че­та­ние пря­мо­ад­ре­суе­мой К.-п. с па­мя­тью боль­шей ас­со­циа­тив­ности да­ёт разл. ви­ды гиб­рид­ной К.-п. (кэш-про­ма­хов, кэш-за­ме­ще­ний, кэш-пе­ре­хо­дов и др.).

Прин­цип кэ­ши­ро­ва­ния ис­поль­зу­ет­ся так­же для ус­ко­ре­ния ра­бо­ты на­ко­пи­те­лей дан­ных (напр., жё­ст­ких дис­ков), для умень­ше­ния тра­фи­ка по­сред­ст­вом со­хра­не­ния час­то за­пра­ши­вае­мых ин­тер­нет-стра­ниц на т. н. про­кси-сер­ве­рах и т. п.

Кэш-память процессора. Уровни и принципы функционирования

Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням.

Уже достаточно давно практически все процессоры оснащаются данным типом памяти, что ещё раз доказывает полезность её наличия. В данной статье, мы поговорим о структуре, уровнях и практическом назначении кэш-памяти, как об очень немаловажной характеристике процессора.

Что такое кэш-память и её структура

Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.

Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.

Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.

Для чего нужна кэш-память процессора?

Как уже упоминалось выше, главное назначение кэш-памяти – это хранение данных, которые часто используются процессором. Кэш является буфером, в который загружаются данные, и, несмотря на его небольшой объём, (около 4-16 Мбайт) в современных процессорах, он дает значительный прирост производительности в любых приложениях.

Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, давайте представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память будет являть собою шкаф с папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.

Есть такие элементы, которые размещены на столе бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.

Точно так же, данные могут добавиться из тех больших блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.

Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.

Уровни кэш-памяти процессора

Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.

В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:

Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.

Мы будем рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)

Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.

Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.

Кэширование, Кэш-память

A

B

C

D

E

F

G

H

I

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

А

Б

В

Г

Д

Ж

З

И

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

Ф

Х

Ч

Ш

Э

Ю

Я

Кэш-память –  это память, обладающая высокой скоростью доступа. Основные ее функции заключаются в создании ускорений во время обращения к данным компьютера, находящимся в его основной памяти, где преобладает значительно меньшая скорость доступа. Кэширование используется в ЦПУ, жестких дисках, браузерах и веб-серверах.

В состав КЭШа входит определенный набор записей, при этом каждая запись ассоциируется с элементами данных или с блоком, где содержится небольшая часть данных, и которая полностью копирует элемент данных в основной памяти компьютера. Кроме этого, каждая запись обладает идентификатором, который определяет соответствие между всеми составляющими в КЭШе и их копиями, которые находятся в основной памяти компьютера.

В момент обращения клиента КЭШа (ЦПУ, веб-браузера или операционной системы) к данным, первое, что происходит после этого, это исследование всего КЭШа. В случае, когда в КЭШе обнаруживается запись, идентификатор которой совпадает с идентификатором запрашиваемого элемента данных, то тогда используются элементы данных, расположенные в КЭШе. Такой момент по-другому называют попадание КЭШа. А когда в КЭШе не обнаруживаются записи, которые содержат запрашиваемый элемент данных, то тогда он считывается из основной памяти КЭШа, и становится доступным для всех следующих требований. Этот случай имеет название – промах КЭШа.

Когда КЭШ обладает сравнительно небольшим объемом, в момент его промаха может произойти принятие решения об отбрасывании некоторой записи для того, чтобы освободить пространство. Выбрасывание записи происходит при помощи разнообразных алгоритмов вытеснения.

Во время модификации элементов данных, находящихся в КЭШе, они обновляются в основной памяти.
Существует три основных типа кэш-памяти, которые построены при использовании статистической схемы, и которые выпускают для того, чтобы организовать кэш-память второго уровня.

К первому виду относится асинхронная статистическая память. Эту память начали использовать уже довольно давно, и она обладает самым простым принципом работы. С процессора высылается адрес необходимого отдела памяти, а контролер занимается поиском необходимых данных. Если данные успешно найдены, то они отправляются к процессору. При работе оптимального варианта используется следующая схема: 3-2-2-2, то есть для того чтобы прочитать первый сегмент, применяется три такта и два на считывание трех следующих сегментов.

Вторая разновидность, именуется синхронной пакетной статистической памятью. Такая память способствует наиболее быстрому получению доступа в системах, в состав которых входит тактовая частота шины, объемом до 66 МГц. В результате того, что данный вид памяти является пакетным, кэш-память благополучно справляется с реализацией схемы 2-1-1-1. Отмечено, что в системах, частота системной шины которых составляет больше 66 МГц, эта схема функционирует намного хуже и ее уровень опускается до 3-2-2-2.

Третья группа — статистическая память, обладающая блочным конвейерным доступом, стала довольно популярной еще в 1997 году, поскольку она успешно может обеспечить схему доступа 3-1-1-1, на которую не влияет рост тактовой частоты. Принцип работы конвейерного доступа заключается в том, что во время считывание некоторого количества ячеек, они отправляются в буфер обмена, и это естественным образом уменьшает время, которое необходимо процессору для проведения такой процедуры.

Пакетная кэш-память получает от процессора синхронный сигнал. В КЭШе находится специальный счетчик, который помогает учитывать последовательность выполнения циклов, вне зависимости от того, когда процессор их начинает.

Что такое кэш?

Что является самым грязным местом на компьютере? Думаете, корзина? Папки пользователя? Система охлаждения? Не угадали! Самое грязное место – это кэш! Ведь его постоянно приходится чистить!

На самом деле кэшей на компьютере много, и служат они не свалкой отходов, а ускорителями оборудования и приложений. Откуда же у них репутация «системного мусоропровода»? Давайте разберемся, что такое кэш, каким он бывает, как работает и почему время от времени нуждается в чистке.

Понятие и виды кэш-памяти

Кэшем или кэш-памятью называют специальное хранилище часто используемых данных, доступ к которому осуществляется в десятки, сотни и тысячи раз быстрее, чем к оперативной памяти или другому носителю информации.

Собственная кэш-память есть у приложений (веб-браузеров, аудио- и видеоплееров, редакторов баз данных и т. д.), компонентов операционных систем (кэш эскизов, DNS-кэш) и оборудования (cache L1-L3 центрального процессора, фреймбуфер графического чипа, буферы накопителей). Реализована она по-разному – программно и аппаратно.

  • Кеш программ – это просто отдельная папка или файл, куда загружаются, например, картинки, меню, скрипты, мультимедийный контент и прочее содержимое посещенных сайтов. Именно в такую папку в первую очередь «ныряет» браузер, когда вы открываете веб-страницу повторно. Подкачка части контента из локального хранилища ускоряет ее загрузку и уменьшает сетевой трафик.
  • В накопителях (в частности, жестких дисках) кэш представляет собой отдельный чип RAM емкостью 1-256 Mb, расположенный на плате электроники. В него поступает информация, считанная с магнитного слоя и пока не загруженная в оперативную память, а также данные, которые чаще всего запрашивает операционная система.
  • Современный центральный процессор содержит 2-3 основных уровня кеш-памяти (ее также называют сверхоперативной памятью), размещенных в виде аппаратных модулей на одном с ним кристалле. Самым быстрым и наименьшим по объему (32-64 Kb) является cache Level 1 (L1) – он работает на той же частоте, что и процессор. L2 занимает среднее положение по скорости и емкости (от 128 Kb до 12 Mb). А L3 – самый медленный и объемный (до 40 Mb), на некоторых моделях отсутствует. Скорость L3 является низкой лишь относительно его более быстрых собратьев, но и он в сотни раз шустрее самой производительной оперативки.

Сверхоперативная память процессора применяется для хранения постоянно используемых данных, перекачанных из ОЗУ, и инструкций машинного кода. Чем ее больше, тем процессор быстрее.

Сегодня три уровня кеширования – уже не предел. С появлением архитектуры Sandy Bridge корпорация Intel реализовала в своей продукции дополнительный cache L0 (предназначенный для хранения расшифрованных микрокоманд). А наиболее высокопроизводительные ЦП имеют и кэш четвертого уровня, выполненный в виде отдельной микросхемы.

Схематично взаимодействие уровней cache L0-L3 выглядит так (на примере Intel Xeon):

Человеческим языком о том, как всё это работает

Чтобы было понятно, как функционирует кэш-память, представим человека, работающего за письменным столом. Папки и документы, которые он использует постоянно, лежат на столе (в кэш-памяти). Для доступа к ним достаточно протянуть руку.

Бумаги, которые нужны ему реже, хранятся недалеко на полках (в оперативной памяти). Чтобы их достать, нужно встать и пройти несколько метров. А то, с чем человек в настоящее время не работает, сдано в архив (записано на жесткий диск).

Чем шире стол, тем больше документов на нем поместится, а значит, работник сможет получить быстрый доступ к большему объему информации (чем емкость кэша больше, тем в теории быстрее работает программа или устройство).

Иногда он допускает ошибки – хранит на столе бумаги, в которых содержатся неверные сведения, и использует их в работе. В результате качество его труда снижается (ошибки в кэше приводят к сбоям в работе программ и оборудования). Чтобы исправить ситуацию, работник должен выбросить документы с ошибками и положить на их место правильные (очистить кэш-память).

Стол имеет ограниченную площадь (кэш-память имеет ограниченный объем). Иногда ее можно расширить, например, придвинув второй стол, а иногда нельзя (объем кэша можно увеличить, если такая возможность предусмотрена программой; кэш оборудования изменить нельзя, так как он реализован аппаратно).

Другой способ ускорить доступ к большему объему документов, чем вмещает стол – найти помощника, который будет подавать работнику бумаги с полки (операционная система может выделить часть неиспользуемой оперативной памяти для кэширования данных устройств). Но это всё равно медленнее, чем брать их со стола.

Документы, лежащие под рукой, должны быть актуальны для текущих задач. За этим обязан следить сам работник. Наводить порядок в бумагах нужно регулярно (вытеснение неактуальных данных из кэш-памяти ложится «на плечи» приложений, которые ее используют; некоторые программы имеют функцию автоматической очистки кэша).

Если сотрудник забывает поддерживать порядок на рабочем месте и следить за актуальностью документации, он может нарисовать себе график уборки стола и использовать его, как напоминание. В крайнем случае – поручить это помощнику (если зависимое от кэш-памяти приложение стало работать медленнее или часто загружает неактуальные данные, используйте средства очистки кэша по расписанию или раз в несколько дней проводите эту манипуляцию вручную).

***

С «функциями кэширования» мы на самом деле сталкиваемся повсеместно. Это и покупка продуктов впрок, и различные действия, которые мы совершаем мимоходом, заодно и т. д. По сути, это всё то, что избавляет нас от лишней суеты и ненужных телодвижений, упорядочивает быт и облегчает труд. То же самое делает и компьютер. Словом, если бы не было кэша, он бы работал в сотни и тысячи раз медленнее. И нам бы вряд ли это понравилось.

Что такое кэш-память? Кэш-память в компьютерах, объяснение

Кэш-память — это компонент компьютера на основе микросхемы, который делает получение данных из памяти компьютера более эффективным. Он действует как временная область хранения, из которой процессор компьютера может легко извлекать данные. Эта область временного хранения, известная как кэш, более доступна для процессора, чем основной источник памяти компьютера, обычно это некоторая форма DRAM.

Кэш-память иногда называют памятью ЦП (центрального процессора), потому что она обычно интегрируется непосредственно в микросхему ЦП или размещается на отдельной микросхеме, которая имеет отдельную шину, соединенную с ЦП.Следовательно, он более доступен для процессора и способен повысить эффективность, поскольку физически находится рядом с процессором.

Чтобы быть ближе к процессору, кэш-память должна быть намного меньше, чем основная память. Следовательно, у него меньше места для хранения. Кроме того, он дороже, чем основная память, поскольку представляет собой более сложный чип, обеспечивающий более высокую производительность.

Чем он жертвует в размере и цене, он компенсируется скоростью. Кэш-память работает от 10 до 100 раз быстрее, чем ОЗУ, и для ответа на запрос ЦП требуется всего несколько наносекунд.

Имя фактического оборудования, которое используется для кэш-памяти, — это высокоскоростная статическая оперативная память (SRAM). Имя оборудования, которое используется в основной памяти компьютера, — это динамическая память с произвольным доступом (DRAM).

Кэш-память не следует путать с более широким термином «кэш». Кеши — это временные хранилища данных, которые могут существовать как в аппаратном, так и в программном обеспечении. Кэш-память относится к определенному аппаратному компоненту, который позволяет компьютерам создавать кеши на различных уровнях сети.

Типы кеш-памяти

Кэш-память — это быстро и дорого. Традиционно его классифицируют как «уровни», которые описывают его близость и доступность для микропроцессора. Есть три общих уровня кеширования:

Кэш

L1, или первичный кэш, является чрезвычайно быстрым, но относительно небольшим и обычно встроен в микросхему процессора в качестве кэша ЦП.

Кэш

L2, или вторичный кэш, часто бывает более емким, чем L1. Кэш L2 может быть встроен в ЦП, или он может быть на отдельном кристалле или сопроцессоре и иметь высокоскоростную альтернативную системную шину, соединяющую кэш и ЦП.Таким образом, трафик на основной системной шине не замедлит работу.

Кэш-память

уровня 3 (L3) — это специализированная память, разработанная для повышения производительности L1 и L2. L1 или L2 могут быть значительно быстрее, чем L3, хотя L3 обычно вдвое превышает скорость DRAM. В многоядерных процессорах каждое ядро ​​может иметь выделенный кэш L1 и L2, но они могут совместно использовать кеш L3. Если кэш L3 ссылается на инструкцию, он обычно повышается до более высокого уровня кеша.

В прошлом кэши L1, L2 и L3 создавались с использованием комбинированных компонентов процессора и материнской платы.В последнее время наблюдается тенденция к консолидации всех трех уровней кэширования памяти на самом ЦП. Вот почему основной способ увеличения размера кэша стал переходить от приобретения конкретной материнской платы с различными наборами микросхем и архитектур шины к покупке ЦП с нужным количеством интегрированного кэша L1, L2 и L3.

Вопреки распространенному мнению, установка флэш-памяти или более динамического ОЗУ ( DRAM ) в системе не приведет к увеличению кэш-памяти. Это может сбивать с толку, поскольку термины кэширование памяти (буферизация жесткого диска) и кэш-память часто используются как синонимы.Кэширование памяти с использованием DRAM или флэш-памяти для буферизации чтения с диска предназначено для улучшения операций ввода-вывода хранилища путем кэширования данных, на которые часто ссылаются в буфере, перед более медленным магнитным диском или лентой. Кэш-память, с другой стороны, обеспечивает буферизацию чтения для ЦП.

Схема архитектуры и потока данных типичного блока кэш-памяти.

Отображение кэш-памяти

Конфигурации кэширования продолжают развиваться, но кэш-память традиционно работает в трех различных конфигурациях:

  • Кэш с прямым отображением имеет каждый блок, сопоставленный ровно с одной ячейкой кэш-памяти.Концептуально кэш с прямым отображением похож на строки в таблице с тремя столбцами: блок кеша, который содержит фактические данные, полученные и сохраненные, тег со всем или частью адреса данных, которые были получены, и бит флага, который показывает наличие в строке записи допустимого бита данных.
  • Полностью ассоциативное отображение кэша аналогично прямому отображению по структуре, но позволяет отображать блок памяти в любое место кэша, а не в заранее заданное расположение кэш-памяти, как в случае с прямым отображением.
  • Установить ассоциативное отображение кэша можно рассматривать как компромисс между прямым отображением и полностью ассоциативным отображением, в котором каждый блок отображается на подмножество расположений кэша. Иногда это называют N-полосным ассоциативным сопоставлением, которое обеспечивает кэширование места в основной памяти в любое из «N» мест в кэше L1.

Политики записи данных

Данные могут быть записаны в память с использованием различных методов, но два основных из них включают в себя кэш-память:

  • Сквозная запись.Данные записываются как в кеш-память, так и в основную память одновременно.
  • Обратная запись. Данные только изначально записываются в кэш. Затем данные могут быть записаны в основную память, но это не обязательно и не препятствует взаимодействию.

Способ записи данных в кэш влияет на согласованность и эффективность данных. Например, при использовании сквозной записи требуется больше операций записи, что приводит к задержке впереди. При использовании обратной записи операции могут быть более эффективными, но данные могут не согласовываться между основной и кэш-памятью.

Один из способов, которым компьютер определяет непротиворечивость данных, — это проверка грязного бита в памяти. Грязный бит — это дополнительный бит, включенный в блоки памяти, который указывает, была ли изменена информация. Если данные попадают в регистровый файл процессора с активным грязным битом, это означает, что он устарел и где-то есть более свежие версии. Этот сценарий более вероятен в сценарии обратной записи, поскольку данные записываются в две области хранения асинхронно.

Специализация и функционал

Помимо кэшей инструкций и данных, другие кэши предназначены для обеспечения специализированных системных функций. Согласно некоторым определениям, общий дизайн кэша L3 делает его специализированным кешем. В других определениях кэш инструкций и кэш данных разделены, и каждый из них называется специализированным кешем.

Буферы резервной трансляции (TLB) также являются специализированными кэшами памяти, функция которых заключается в записи виртуального адреса в преобразования физического адреса.

Другие кеши технически не являются кешами памяти. Дисковые кеши, например, могут использовать DRAM или флэш-память для обеспечения кэширования данных, аналогичного тому, что кеш-память выполняет с инструкциями ЦП. Если к данным часто обращаются с диска, они кэшируются в DRAM или кремниевой технологии хранения на основе флэш-памяти для более быстрого доступа и отклика.

Специализированные кэши также доступны для таких приложений, как веб-браузеры, базы данных, привязка сетевых адресов и поддержка протокола сетевой файловой системы на стороне клиента.Эти типы кэшей могут быть распределены между несколькими сетевыми узлами, чтобы обеспечить большую масштабируемость или производительность приложения, которое их использует.

Изображение иерархии памяти и того, как она функционирует

Населенный пункт

Способность кэш-памяти улучшать производительность компьютера основана на концепции локальности ссылок. Локальность описывает различные ситуации, которые делают систему более предсказуемой. Кэш-память использует эти ситуации для создания шаблона доступа к памяти, на который она может полагаться.

Есть несколько типов населенных пунктов. Два ключевых для кеша:

  • Временное местонахождение. Это когда к одним и тем же ресурсам обращаются повторно за короткий промежуток времени.
  • Пространственная местность. Это относится к доступу к различным данным или ресурсам, которые находятся рядом друг с другом.

Производительность

Кэш-память важна, поскольку повышает эффективность извлечения данных. В нем хранятся программные инструкции и данные, которые многократно используются в работе программ, или информация, которая может понадобиться ЦП в следующий раз.Процессор компьютера может быстрее получить доступ к этой информации из кеша, чем из основной памяти. Быстрый доступ к этим инструкциям увеличивает общую скорость работы программы.

Помимо своей основной функции повышения производительности, кэш-память является ценным ресурсом для оценки общей производительности компьютера. Пользователи могут сделать это, посмотрев на коэффициент попадания в кеш-память. Попадания в кэш — это случаи, когда система успешно извлекает данные из кеша. Промах в кеше — это когда система ищет данные в кеше, не может их найти и вместо этого ищет в другом месте.В некоторых случаях пользователи могут улучшить коэффициент попаданий, регулируя размер блока кэш-памяти — размер хранимых единиц данных.

Повышение производительности и возможность мониторинга производительности — это не только повышение общего удобства для пользователя. По мере того, как технологии развиваются и все чаще используются в критически важных сценариях, скорость и надежность становятся критически важными. Даже несколько миллисекунд задержки потенциально могут привести к огромным расходам в зависимости от ситуации.

Диаграмма сравнения кэш-памяти с другими типами памяти

Кэш и основная память

DRAM

служит основной памятью компьютера, выполняя вычисления с данными, полученными из хранилища. И DRAM, и кэш-память являются энергозависимыми запоминающими устройствами, которые теряют свое содержимое при отключении питания. DRAM устанавливается на материнской плате, и процессор обращается к ней через шинное соединение.

DRAM

обычно примерно вдвое меньше, чем кэш-память L1, L2 или L3, и намного дешевле.Он обеспечивает более быстрый доступ к данным, чем флэш-накопители, жесткие диски (HDD) и ленточные накопители. Он стал использоваться в последние несколько десятилетий, чтобы обеспечить место для хранения часто используемых дисковых данных для повышения производительности ввода-вывода.

DRAM необходимо обновлять каждые несколько миллисекунд. Кэш-память, которая также является типом оперативной памяти, не нуждается в обновлении. Он встроен непосредственно в ЦП, чтобы предоставить процессору максимально быстрый доступ к ячейкам памяти и обеспечивает время доступа со скоростью наносекунды к часто используемым инструкциям и данным.SRAM быстрее, чем DRAM, но, поскольку это более сложный чип, его производство также дороже.

Пример динамического ОЗУ.

Кэш и виртуальная память

Компьютер имеет ограниченный объем DRAM и еще меньше кэш-памяти. Когда выполняется большая программа или несколько программ, возможно полное использование памяти. Чтобы компенсировать нехватку физической памяти, операционная система (ОС) компьютера может создавать виртуальную память.

Для этого ОС временно переносит неактивные данные из DRAM в дисковое хранилище.Этот подход увеличивает виртуальное адресное пространство за счет использования активной памяти в DRAM и неактивной памяти на жестких дисках для формирования непрерывных адресов, содержащих как приложение, так и его данные. Виртуальная память позволяет компьютеру запускать более крупные программы или несколько программ одновременно, и каждая программа работает так, как если бы у нее неограниченный объем памяти.

Чтобы скопировать виртуальную память в физическую, ОС делит память на файлы подкачки или файлы подкачки, которые содержат определенное количество адресов. Эти страницы хранятся на диске, и, когда они необходимы, ОС копирует их с диска в основную память и переводит адрес виртуальной памяти в физический.Эти переводы обрабатываются блоком управления памятью (MMU).

Реализация и история

В мэйнфреймах

использовалась ранняя версия кэш-памяти, но технология, известная сегодня, начала развиваться с появлением микрокомпьютеров. В ранних ПК производительность процессора росла намного быстрее, чем производительность памяти, а память стала узким местом, замедляющим работу систем.

В 1980-х годах появилась идея, что небольшое количество более дорогой и быстрой SRAM можно было бы использовать для повышения производительности менее дорогой и медленной основной памяти.Первоначально кэш памяти был отделен от системного процессора и не всегда входил в состав набора микросхем. Ранние ПК обычно имели от 16 до 128 КБ кэш-памяти.

С 486 процессорами Intel добавила 8 КБ памяти ЦП в качестве памяти уровня 1 (L1). В этих системах использовалось до 256 КБ внешней кэш-памяти уровня 2 (L2). В процессорах Pentium объем внешней кэш-памяти снова удвоился до 512 КБ на верхнем уровне. Они также разделяют внутреннюю кэш-память на два кэша: один для инструкций, а другой для данных.

Процессоры

на основе микроархитектуры Intel P6, представленной в 1995 году, были первыми, кто включил кэш-память второго уровня в ЦП и позволил всей кэш-памяти системы работать с той же тактовой частотой, что и процессор. До P6 память L2, внешняя по отношению к ЦП, использовалась на гораздо более низкой тактовой частоте, чем скорость, с которой работал процессор, и значительно снижала производительность системы.

Ранние контроллеры кэша памяти использовали архитектуру кэша со сквозной записью, при которой данные, записанные в кэш, также немедленно обновлялись в RAM.Это позволило свести к минимуму потерю данных, но также замедлило работу. Для более поздних ПК на базе 486 была разработана архитектура кэш-памяти с обратной записью, при которой оперативная память обновляется не сразу. Вместо этого данные хранятся в кеше, а ОЗУ обновляется только через определенные промежутки времени или при определенных обстоятельствах, когда данные отсутствуют или устарели.

Modern Caching 101: Что такое кэш в памяти, когда и как его использовать

Предприятия создают и используют больше данных, чем когда-либо прежде. В прогнозе IDC Global DataSphere Forecast в настоящее время оценивается, что в 2020 году предприятия создадут и воспользуются 6 объектами.4 зеттабайта новых данных. По данным IDC, с точки зрения того, какие типы новых данных создаются, данные о производительности — или операционные данные, данные о клиентах и ​​продажах, а также встроенные данные — являются наиболее быстрорастущей категорией. Однако по мере роста использования приложений и объемов данных проблемы с корпоративными системами управления данными продолжают возникать.

Одна из этих ключевых проблем — снижение производительности. Современным цифровым приложениям приходится иметь дело с тысячами — даже миллионами — пользователей, со все более сложными данными, а для работы большинства приложений требуется все больше и больше данных.Веб-приложения постоянно перегружаются данными, не говоря уже о необходимости улучшить взаимодействие с конечными пользователями и увеличивать показатели и отслеживание. Кроме того, современные средства бизнес-аналитики и отчетности требуют постоянно увеличивающейся скорости и большего количества обновлений в реальном времени. Конечно, большей части этого невозможно достичь в стандартных средах хранилищ данных.

По мере роста рабочих нагрузок и появления новых способов использования данных задача обеспечения простого и эффективного метода обеспечения оптимальной задержки и обработки как запланированных, так и незапланированных пиков становится еще более сложной.Чтобы справиться с этим, архитекторы данных и инженеры данных могут использовать методы кэширования баз данных для повышения производительности своих приложений и инструментов бизнес-аналитики.

В этой статье мы обсудим, что такое кеширование, различные варианты использования и лучший подход для каждого из них, чтобы ускорить доступ к данным и снизить затраты. Мы также представим некоторые из наиболее популярных инструментов кэширования и их относительные преимущества.

Кэширование: что, почему и где

Кэширование — это метод, используемый для управления часто используемыми данными в памяти.Этот метод облегчает доступ к данным, а также снижает нагрузку на основные хранилища данных. Кэширование может не только повысить производительность; он также может улучшить масштабируемость и доступность приложения.

Caching имеет проверенный опыт оказания помощи компаниям любого размера в повышении производительности приложений. Фактически, современные службы кэширования предоставляют гораздо больше, чем просто быстрое кеширование ключей. Но чтобы понять, что такое кеширование и в каком направлении оно движется, давайте сначала рассмотрим основы.

Рисунок 1: RAM (изображение запаса)

Типы шаблонов кэширования

Различные решения для кэширования поддерживают разные реализации, каждая со своими плюсами и минусами. Поэтому архитекторы данных и инженеры-программисты должны подумать, какое решение поддерживает их из коробки, и дизайн, который лучше всего соответствует потребностям группы, до внедрения.

Сквозное чтение (отложенная загрузка)

Приложения, использующие шаблон кэширования со сквозным чтением, по сути, обрабатывают кеш как основную базу данных.При поиске определенного идентификатора приложение сначала попадает в кеш; если данные отсутствуют, то кеш будет отвечать за извлечение данных из основной базы данных и их обновление.

Рисунок 2: Как приложения используют шаблон сквозного кэширования (также известный как ленивая загрузка)

Сквозная запись

Шаблон кэширования со сквозной записью аналогичен шаблону сквозного кэширования в том, что вместо записи непосредственно в основную базу данных приложение записывает в кэш, как если бы это была основная база данных.Затем кеш записывает в основную базу данных. Эта запись в кэш выполняется синхронно и, в свою очередь, влияет на задержку записи.

Рисунок 3: Шаблон кэширования со сквозной записью

Обратная запись

Кэширование с отложенной записью использует тот же подход, что и сквозная запись, за исключением того, что запись в основную базу данных выполняется асинхронно. Это означает, что задержка записи ограничена только задержкой кеша. Однако, поскольку он непостоянен, существует риск потери данных при неработающем кэше.При этом некоторые передовые решения для кэширования обеспечивают как производительность, так и отсутствие потери данных в случае сбоя.

Рисунок 4: Шаблон кэширования с отложенной записью

Политика выселения

Вы не можете просто обращаться с кешем, как с обычной базой данных, в которой хранятся все когда-либо введенные данные. Это связано с соотношением стоимости и производительности, поскольку самый быстрый уровень данных (ОЗУ) дороже, чем более медленные уровни (твердотельные накопители и жесткие диски).

Вместо этого в таких случаях можно использовать политику выселения, чтобы предотвратить превышение размера кэша максимального предела.Кэш достигает этого, удаляя элементы в соответствии с правилами, установленными политикой выселения. Есть несколько методов, которые вы можете реализовать в зависимости от того, что, по мнению архитектора данных, лучше всего подходит для вашего приложения.

Эти методы включают:

  • Наименее недавно использованные (LRU): Удаляет данные, которые наименее недавно использовались первыми.
  • Наименее часто используемые (LFU): Вместо удаления данных, которые использовались наименее недавно (как в случае с LRU), он удаляет данные, которые использовались наименее часто.Это означает, что данные, которые должны быть удалены, могли использоваться недавно, но не так часто, как остальные данные.
  • Последний использованный (MRU): В отличие от LRU, MRU удаляет данные, которые в основном использовались недавно.
  • Первый пришел — первый ушел (FIFO): Эта политика выселения удаляет данные, которые были добавлены первыми или наименее недавно. Это не связано с использованием и основывается исключительно на том, когда данные были введены в кеш.

У каждого подхода есть свои преимущества и недостатки.В конечном итоге цель всех этих политик — хранить на самом быстром уровне только те данные, которые вам нужны. Но этих политик не всегда достаточно. С этой целью некоторые более продвинутые поставщики кеш-памяти в памяти предлагают дополнительную опцию:

  • Business-Policy Driven : Это позволяет архитекторам данных устанавливать политику выселения приложения на основе более детального набора правил и логического подхода, в отличие от прямого LRU или FIFO. Это предоставляет полный контроль над тем, какие данные сохраняются в кеше и когда они должны быть удалены на SSD или диск в соответствии с логикой бизнес-потребностей, а также позволяет оптимизировать затраты и производительность на основе SLA.

Типы решений для кэширования

Решения

для кэширования могут принимать различные форматы. Хотя метод, который может сначала прийти в голову архитекторам данных, — это кэширование «ключ-значение», это не единственный вариант, поскольку некоторые системы кеширования предоставляют разработчикам дополнительные возможности.

Кэширование ключевого значения

Некоторые кэши основаны на хранилище «ключ-значение». По сути, это означает, что вы можете предоставить хранилищу данных уникальный ключ, и он вернет соответствующее значение обратно.Поскольку все это выполняется в памяти, они обычно используются разработчиками в качестве слоев кеширования.

Хотя некоторые хранилища ключей и значений ограничены с точки зрения типов данных, которые они могут хранить, есть некоторые версии, которые допускают использование нескольких типов данных, таких как списки, массивы и наборы.

Вообще говоря, разработчики технологий в первую очередь обращаются к уровням кэширования «ключ-значение», но этого не всегда достаточно. Для простых случаев решение «ключ-значение» часто бывает быстрым и эффективным.Однако по мере роста объемов данных и количества запросов пользователей архитекторы сталкиваются с новыми проблемами, такими как невозможность индексирования по более чем одному критерию (добавление вторичных индексов).

В таких случаях хранилища «ключ-значение» обычно предлагают возможность дублировать все хранилище данных, чтобы его можно было проиндексировать в соответствии с новым ключом. Но этот процесс требует больших затрат на оборудование (дороже) и негибок. Кроме того, более сложные отношения (например, иерархические и многие-ко-многим) не могут быть реализованы, что приводит к взаимоблокировке решения.

Полностью индексируемое кэширование в памяти

Архитекторы данных не ограничиваются кэшированием в системах кэширования «ключ-значение». Они также могут воспользоваться вычислительными решениями в оперативной памяти, которые предлагают поддержку SQL. Это включает в себя полностью расширенные возможности индексирования, такие как наличие нескольких вторичных индексов, а также индексирование по точному совпадению, диапазонам, составным, текстам и полям геопространственных данных.

Кроме того, некоторые решения для кэширования поддерживают полные API-интерфейсы SQL, которые позволяют более гибко срезать данные и упрощать миграцию из основного хранилища данных.

Они также обеспечивают расширенное индексирование и поддержку SQL, что позволяет легко выполнять аналитику по запросу и создавать отчеты бизнес-аналитики. Без поддержки SQL или расширенного индексирования агрегаты должны быть предварительно определены для удовлетворительной производительности, что требует большого количества кодирования.

Сравнение расширенного кэширования с простыми решениями для кэширования

Расширенное кэширование Простое кэширование
Поддержка хранилища ключей и значений
Развертывание в облаке
Поддержка гибридного развертывания
Решение для горизонтального масштабирования
Безопасность корпоративного уровня
Базовое многоуровневое хранение данных RAM-SSD-Disk (LRU)
Собственное вторичное индексирование
Агрегирование на стороне сервера на лету
Полное соответствие SQL
Сильная консистенция
Расширенное многоуровневое управление данными для бизнеса
Интеграция РСУБД в один клик
Увеличение и уменьшение масштаба в режиме онлайн
Развертывание в один клик в локальной / облачной и гибридной среде

Зачем нужно кэширование базы данных

Независимо от шаблона проектирования или базы данных, на которые вы полагаетесь, реализация уровня кэширования может занять время и добавить некоторую сложность к вашему общему дизайну.

Если это так, зачем вообще это реализовывать?

Архитектура данных требует кэширования данных, поскольку локальное хранение данных в памяти может помочь уменьшить такие проблемы, как длительное время задержки между запросами и высокая степень параллелизма пользователей. Кэширование в памяти также может помочь сократить время выполнения запросов и пакетных заданий. Задания, на которые раньше уходили часы, можно сократить до минут, а задания, которые занимали минуты, — до секунд. В современном мире, где 53% пользователей могут покинуть веб-сайт, загрузка которого занимает более 3 секунд, скорость имеет решающее значение.

Кроме того, некоторые системы кэширования, которые предоставляются в виде услуг, могут не только уменьшить задержку, но и эластично масштабироваться. Таким образом, если объем использования увеличивается или, например, вы испытываете неожиданный пик использования, производительность не снижается, и ваша команда избавляется от необходимости тратить время и усилия на ручное масштабирование. Благодаря динамическому масштабированию вы можете избежать избыточного выделения ресурсов в частных или общедоступных облаках.

Сводка преимуществ кэширования

Правильная платформа кэширования может помочь организациям:

  • Ускорение цифровых приложений
  • Поддержка нескольких одновременных клиентов
  • Обработка пиковых нагрузок
  • Сократить окно пакетной отчетности
  • Ускорение бизнес-аналитики и создание отчетов бизнес-аналитики на основе свежих данных
  • Выгрузить устаревшую инфраструктуру

Примеры кеширования

Теперь, когда мы знаем, что такое кеширование, давайте рассмотрим несколько реальных примеров того, как кэширование в памяти — и в данном случае интеллектуальные кеши в памяти — может улучшить бизнес-процессы.

Система отчетности о торговых рисках в реальном времени

Многие банковские и финансовые учреждения по-прежнему полагаются на расчеты «овернайт», чтобы предоставить им модели риска, оценки кредита и потенциальные рыночные риски. У них часто есть сотни приложений, которые необходимо постоянно синхронизировать друг с другом для поддержки своих аналитиков, трейдеров и обычных сотрудников.

Но медленные базы данных и хранилища данных могут затруднять доступ к данным, приложениям и моделям, работающим в этих системах.

Это особенно актуально для этого варианта использования, когда банк изо всех сил пытался справиться со всеми своими потребностями в данных. Банку необходимо было обрабатывать все свои современные модели, которые были подключены к сотням источников данных — на которые часто влияли изменения, происходящие каждую минуту, — чтобы точно управлять рисками. Обновление систем каждую ночь, поскольку их хранилища данных не могли справиться с наплывом данных, представляло серьезный риск.

Чтобы снизить этот риск, банк выбрал кэш в памяти, в котором хранятся данные за последние 24 часа из нескольких источников данных, загруженных в кэш, и который предлагает расширенное индексирование и полную поддержку SQL.Это позволило клиентам выполнять расчет анализа рисков в реальном времени на оперативных данных.

Эта модель предлагает значительные преимущества, в частности, для финансовых учреждений, и уже была принята большинством крупных банков.

Пакетное ускорение для ведущей авиакомпании

Слияния компаний и партнерства часто требуют интеграции систем. Часто этим процессом управляют пакетные задания, которые помогают управлять потоками данных. Однако, в частности, в крупных компаниях слияние и интеграция данных может происходить медленно, что снижает производительность и качество обслуживания клиентов.

Две авиакомпании недавно объединились, и им необходимо было интегрировать свои системы управления экипажами, которые отвечали за обработку смен членов экипажа и за то, какими рейсами они будут лететь. Кроме того, политика профсоюзов авиакомпаний позволяла членам экипажа менять рейсы.

Из-за множества возможных рисков и стресса, которые могли возникнуть из-за того, что члены экипажа не знали, будут ли одобрены их запросы на смену рейсов, авиакомпания получила контрактное обязательство завершить этот пакетный процесс в течение четырех часов.

Это была проблема: пакетные задания занимали девять часов в стандартных базах данных SQL и в лучшем случае половину — в базах данных NoSQL, что не соответствовало четырехчасовому соглашению об уровне обслуживания.

Для решения этой проблемы компании перешли на систему кэширования в памяти, которая предложила платформу распределенного интеллектуального кеширования в памяти. Эта платформа превратила девятичасовое пакетное задание в трехчасовое пакетное задание, таким образом соблюдая SLA и улучшая общее взаимодействие с пользователем.

Калькулятор выбросов CO2: устаревшая модернизация

После «дизельного скандала» 2015 года ЕС был вынужден заменить устаревший тест на выбросы CO2.С введением новых правил крупный европейский производитель автомобилей был вынужден предоставлять отчет о выбросах CO2 для каждого автомобиля.

Чтобы справиться с этим, производитель создал онлайн-калькулятор выбросов CO2 для своих автомобилей. Калькулятор работал на производственном мэйнфрейме, который мог обрабатывать до 200 запросов в секунду. Однако ожидалось, что спрос достигнет 3000 запросов в секунду.

Первоначально они пытались решить эту проблему с помощью хранилища данных «ключ-значение», но со всеми различными возможными конфигурациями, разрешенными производителем, это привело к миллиардам пользовательских конфигураций.Это оказалось трудным для хранилища «ключ-значение», поскольку хранилище «ключ-значение» было оптимизировано для запроса с одним критерием, но для пользовательских конфигураций требовалась возможность выполнения запросов с несколькими критериями. Это сделало хранилище «ключ-значение» неэффективным и непригодным для использования, и их усилия не увенчались успехом.

Таким образом, производитель автомобилей перешел на решение с интеллектуальным кешем в памяти, которое позволило им выгружать запросы со своего мэйнфрейма, имея расширенный уровень индексации всех возможных конфигураций.

Это позволило более эффективно управлять всеми возможными данными, которые можно было кэшировать в памяти.Более того, собрав данные и бизнес-логику в одном и том же пространстве памяти, они смогли значительно уменьшить перемещение сети передачи данных и накладные расходы при одновременном повышении производительности.

Сервисы кэширования

прошли долгий путь за последнее десятилетие, теперь предлагая функции, которые расширяют их варианты использования и упрощают их поддержку и внедрение.

Современное кэширование может быть решением, которое вы ищете

Сегодняшние пользователи цифровых приложений и бизнес-аналитики ожидают немедленной реакции. Системы должны уметь обрабатывать большие объемы данных, а также миллионы запросов пользователей.Традиционные базы данных и хранилища данных часто слишком медленны для расширенного доступа в реальном времени к оперативным данным. Именно здесь передовые решения кэширования оказались полезным инструментом для разработки систем, которые должны соответствовать строгим соглашениям об уровне обслуживания. Современное кэширование может помочь улучшить производительность, масштабируемость и доступность как для ваших приложений, так и для нужд бизнес-аналитики.

В следующий раз, когда ваше приложение или отчеты бизнес-аналитики будут работать медленно или вам потребуется масштабировать систему, может появиться возможность реализовать уровень кэширования и, в свою очередь, помочь вашей команде выполнить SLA и ожидания клиентов там, где другие базы данных не работают.

Нужны более подробные сведения о кеш-памяти в оперативной памяти? Ознакомьтесь с нашим документом с решениями.

Общие сведения о кэш-памяти

В сфере центров обработки данных кэш-память представляет собой высокопроизводительную временную память сервера для серверов, которая обеспечивает более быстрый и эффективный доступ к часто используемым данным, чем оперативная память сервера. Кэш-память является важным компонентом любого сервера, и важно понимать, как она функционирует, чтобы наилучшим образом поддерживать вашу систему. Вот ответы на четыре распространенных вопроса о кэш-памяти:

Что такое кеш-память и для чего она нужна?

Кэш-память сервера

— это, по сути, более быстрая и уменьшенная версия оперативной памяти, которая способствует общей производительности вашего процессора.Он имеет небольшой размер, находится в непосредственной близости от ЦП и способен не отставать от скорости ЦП. Сохраняя загруженность ЦП, чтобы избежать ненужных вычислений, кеш-память увеличивает эффективность ЦП и помогает предотвратить появление узких мест в вашей системе.

Как работает кеш-память?

Кэш-память временно хранит информацию, данные и программы, которые обычно используются ЦП. Когда требуются данные, ЦП автоматически переключается на кэш-память в поисках более быстрого доступа к данным.Это связано с тем, что оперативная память сервера работает медленнее и находится дальше от ЦП. Когда данные обнаруживаются в кэш-памяти, это называется попаданием в кэш. Попадание в кэш позволяет процессору быстро извлекать данные, делая вашу систему в целом более эффективной.

Поскольку кэш-память намного меньше ОЗУ сервера, данные, которые она хранит, являются временными, и поэтому они могут не содержать информации, необходимой процессору. Когда в кеше нет необходимых данных процессора, это называется промахом кеша, и в этом случае ЦП переместится на жесткий диск и будет использовать оперативную память.

Какие типы кэш-памяти?

Существует 3 основных уровня кэш-памяти, каждый из которых выполняет несколько разные функции. Уровень 1 (L1) — это самый быстрый тип кэш-памяти, поскольку он имеет наименьший размер и ближе всего к процессору. Уровень 2 (L2) имеет большую емкость, но меньшую скорость и расположен на микросхеме процессора. Кэш-память уровня 3 (L3) имеет наибольшую емкость и расположена на компьютере, который использует кэш L2.

Поскольку кэш-память мала, и предприятия теперь склонны иметь большой объем памяти, эти разные уровни кеш-памяти необходимы, чтобы гарантировать, что кэш-память может справиться с требованиями обработки данных.

Как я могу обновить кэш-память?

Обновление кэш-памяти невозможно без обновления ЦП. Просмотрите новые и отремонтированные процессоры на нашем веб-сайте сегодня.

Существует две основных марки ЦП — AMD и Intel, которые предлагают разные преимущества и не могут быть напрямую сопоставлены друг с другом. Выбор в значительной степени зависит от предпочтений и аналогичен выбору Apple против Android среди пользователей мобильных телефонов. Однако очевидным аргументом в пользу продажи является то, что чипы AMD обычно дешевле, тогда как процессоры Intel обеспечивают впечатляющую графическую производительность.

Чтобы помочь выбрать подходящий ЦП для вашего бизнеса, свяжитесь с нашими ИТ-специалистами с пятизвездочным рейтингом или ознакомьтесь с моим руководством по покупке ЦП.


Techbuyer — глобальный специалист по покупке, ремонту и продаже серверов, систем хранения и сетевого оборудования, ноутбуков и ПК. На каждую продаваемую нами ИТ-систему и каждую деталь предоставляется трехлетняя гарантия и проводится тщательное тестирование. Приобретите наш полный ассортимент ИТ-оборудования сегодня.

Кэш-память в компьютерной организации

Кэш-память в компьютерной организации

Кэш-память — это особая высокоскоростная память.Он используется для ускорения и синхронизации с высокоскоростным процессором. Кэш-память дороже, чем основная память или дисковая память, но экономичнее, чем регистры ЦП. Кэш-память — это чрезвычайно быстрый тип памяти, который действует как буфер между ОЗУ и ЦП. В нем хранятся часто запрашиваемые данные и инструкции, поэтому они сразу же становятся доступными для ЦП при необходимости.

Кэш-память используется для сокращения среднего времени доступа к данным из основной памяти. Кэш — это меньшая и более быстрая память, в которой хранятся копии данных из часто используемых областей основной памяти.В ЦП есть различные независимые кеши, в которых хранятся инструкции и данные.

Уровни памяти:

  • Уровень 1 или регистр —
    Это тип памяти, в которой хранятся и принимаются данные, которые немедленно сохраняются в ЦП. Наиболее часто используемый регистр — это аккумулятор, счетчик программ, регистр адреса и т. Д.
  • Уровень 2 или кэш-память —
    Это самая быстрая память, которая имеет более быстрое время доступа, где данные временно хранятся для более быстрого доступа.
  • Уровень 3 или основная память —
    Это память, в которой компьютер работает в настоящий момент. Он имеет небольшой размер, и после отключения питания данные больше не остаются в этой памяти.
  • Уровень 4 или вторичная память —
    Это внешняя память, которая работает не так быстро, как основная, но данные постоянно остаются в этой памяти.

Производительность кэша:
Когда процессору необходимо прочитать или записать место в основной памяти, он сначала проверяет наличие соответствующей записи в кэше.

  • Если процессор обнаруживает, что ячейка памяти находится в кэше, произошло попадание в кеш и данные считываются из кеша.
  • Если процессор не находит ячейку памяти в кэше, произошла ошибка кэша. В случае промаха кеша кэш выделяет новую запись и копирует данные из основной памяти, затем запрос выполняется из содержимого кеша.

Производительность кэш-памяти часто измеряется величиной, называемой коэффициентом попадания.

 Коэффициент попадания = попадание / (попадание + промах) = нет. совпадений / общего доступа 

Мы можем улучшить производительность кэша, используя больший размер блока кэша, более высокую ассоциативность, уменьшив частоту промахов, уменьшив штраф за промахи и сократив время попадания в кэш.

Сопоставление кэша:
Существует три различных типа сопоставления, используемых для целей кэш-памяти, а именно: прямое сопоставление, ассоциативное сопоставление и установочно-ассоциативное сопоставление. Это объясняется ниже.

  1. Прямое отображение —
    Простейший метод, известный как прямое отображение, отображает каждый блок основной памяти только в одну возможную строку кэша.или
    При прямом отображении назначьте каждый блок памяти определенной строке в кэше. Если строка ранее была занята блоком памяти, когда необходимо загрузить новый блок, старый блок удаляется. Адресное пространство разделено на две части: индексное поле и поле тега. Кэш используется для хранения поля тега, тогда как остальное хранится в основной памяти. Производительность прямого отображения прямо пропорциональна коэффициенту попадания.
     i = j по модулю m
    где
    i = номер строки кеша
    j = номер блока основной памяти
    m = количество строк в кэше 

    Для доступа к кеш-памяти каждый адрес основной памяти можно рассматривать как состоящий из трех полей.Младшие w битов идентифицируют уникальное слово или байт в блоке основной памяти. В большинстве современных машин адрес находится на уровне байтов. Оставшиеся s битов определяют один из 2 s блоков основной памяти. Логика кеширования интерпретирует эти s бит как тег из s-r битов (наиболее значимая часть) и линейное поле из r битов. Последнее поле идентифицирует одну из m = 2 r строк кэша.

  2. Ассоциативное отображение —
    В этом типе отображения ассоциативная память используется для хранения содержимого и адресов слова памяти.Любой блок может попасть в любую строку кеша. Это означает, что биты идентификатора слова используются для определения того, какое слово в блоке необходимо, но тег становится всеми оставшимися битами. Это позволяет размещать любое слово в любом месте кэш-памяти. Считается самой быстрой и гибкой формой отображения.

  3. Наборно-ассоциативное сопоставление —
    Эта форма сопоставления является усовершенствованной формой прямого сопоставления, в которой устранены недостатки прямого сопоставления.Набор ассоциативных решает проблему возможного сбоя в методе прямого отображения. Он делает это, говоря, что вместо того, чтобы иметь ровно одну строку, с которой блок может отображаться в кеше, мы сгруппируем несколько строк вместе, создав набор. Затем блок в памяти может отображаться на любую одну из строк определенного набора. Ассоциативное отображение набора позволяет, чтобы каждое слово, которое присутствует в кэше, могло иметь два или более слов в основной памяти для одного и того же индексного адреса. Установка ассоциативного сопоставления кэша сочетает в себе лучшие методы прямого и ассоциативного сопоставления кэша.

    В этом случае кэш состоит из ряда наборов, каждый из которых состоит из ряда строк. Отношения:

     m = v * k
    я = j mod v
    
    где
    i = номер набора кеша
    j = номер блока основной памяти
    v = количество наборов
    m = количество строк в кэше количество наборов
    k = количество строк в каждом наборе 

    Применение кэш-памяти —

    1. Обычно кэш-память может хранить разумное количество блоков в любой момент времени, но это число мало по сравнению с общим количество блоков в основной памяти.
    2. Соответствие между блоками основной памяти и блоками в кэше определяется функцией отображения.

    Типы кэша —

    • Первичный кэш —
      Первичный кэш всегда расположен на микросхеме процессора. Этот кеш небольшой, а время доступа к нему сопоставимо со временем доступа к регистрам процессора.
    • Вторичный кэш —
      Вторичный кэш размещается между основным кешем и остальной памятью.Он называется кеш-памятью уровня 2 (L2). Часто кэш уровня 2 также размещается на микросхеме процессора.

    Местоположение ссылки —
    Так как размер кеш-памяти меньше по сравнению с основной памятью. Таким образом, проверка того, какой части основной памяти следует отдать приоритет и загрузить в кеш, решается в зависимости от местоположения ссылки.

    Типы локальности ссылок

    1. Пространственная локальность ссылок
      Это говорит о том, что существует вероятность того, что элемент будет присутствовать в непосредственной близости от точки отсчета и в следующий раз, если снова обыскали то более непосредственной близости к точке ссылки.
    2. Временное местоположение ссылки
      В этом алгоритме будет использоваться наименее недавно использованный. Всякий раз, когда в слове возникает ошибка страницы, будет загружено не только слово в основную память, но и полная ошибка страницы, потому что правило пространственной локальности ссылки говорит, что если вы ссылаетесь на какое-либо слово, следующее слово будет упомянуто в его регистре, поэтому мы загружаем полная таблица страниц, поэтому будет загружен весь блок.

    Практические вопросы GATE —

    Que-1: Компьютер имеет 256-килобайтный четырехсторонний ассоциативный кэш данных обратной записи с размером блока 32 байта.Процессор отправляет 32-битные адреса контроллеру кеша. Каждая запись каталога тегов кэша содержит, помимо адресного тега, 2 действительных бита, 1 измененный бит и 1 бит замены. Количество битов в поле тега адреса

     (A) 11
    (В) 14
    (С) 16
    (D) 27 

    Ответ: (C)

    Объяснение: https://www.geeksforgeeks.org/gate-gate-cs-2012-question-54/

    Que-2: Рассмотрим данные дано в предыдущем вопросе. Размер каталога тегов кеша

     (A) 160 Кбит
    (B) 136 бит
    (C) 40 Кбит
    (D) 32 бита 

    Ответ: (A)

    Пояснение: https: // www.geeksforgeeks.org/gate-gate-cs-2012-question-55/

    Que-3: Кэш с прямой записью и обратной записью объемом 8 КБ организован в виде нескольких блоков размером 32 байта каждый. Процессор генерирует 32-битные адреса. Контроллер кэша поддерживает информацию тегов для каждого блока кэша, состоящего из следующего.

     1 Действительный бит
    1 Модифицированный бит 

    Столько битов, сколько требуется для идентификации блока памяти, отображенного в кэш-памяти. Какой общий объем памяти необходим в контроллере кеша для хранения метаданных (тегов) кеша?

     (A) 4864 бит
    (B) 6144 бит
    (C) 6656 бит
    (D) 5376 бит 

    Ответ: (D)

    Пояснение: https: // www.geeksforgeeks.org/gate-gate-cs-2011-question-43/

    Статья предоставлена ​​Пуджей Танеджа и Вайшали Бхатия. Пожалуйста, напишите комментарии, если вы обнаружите что-то неправильное, или вы хотите поделиться дополнительной информацией по теме, обсужденной выше.

    Вниманию читателя! Не прекращайте учиться сейчас. Получите все важные концепции теории CS для собеседований SDE с курсом теории CS по доступной для студентов цене и будьте готовы к отрасли.

Что такое кеш-память? | IT PRO

Как и в случае с людьми, компьютерные системы используют различные типы памяти, которые работают вместе, чтобы обеспечить бесперебойную работу.Некоторые из них являются типами краткосрочной памяти для обычных и простых задач, а другие используются для более длительных функций с большим объемом данных, но все они жизненно важны для общей работы как программного, так и аппаратного обеспечения компьютера.

Термин «память» часто используется для описания хранения информации, но есть компоненты памяти, которые имеют значение и используются за пределами этой компетенции, такие как кодирование и извлечение данных, которые являются основной частью кэш-памяти. Как единое целое, кэш-память почти бесполезна, но играет важную роль при взаимодействии с другими частями компьютерной системы.

Он позволяет функциям компьютера хранить данные, к которым недавно осуществлялся доступ, так что их можно использовать многократно, вместо того, чтобы использовать один и тот же набор инструкций снова и снова. Вот почему системы с большей емкостью кэш-памяти часто работают быстрее, потому что они могут хранить больше данных.

Кэш-память и RAM

С технической точки зрения кэш-память и оперативная память (RAM) похожи по своим функциям, но есть некоторые заметные различия. Например, в кэш-памяти хранятся данные для будущих рабочих целей, поэтому эти функции могут работать сразу, тогда как в ОЗУ хранятся данные приложений и рабочие данные, которые используются в настоящее время.

Кэш-память также быстрее, поскольку расположена ближе к центральному процессору (ЦП), чем ОЗУ. Кэш-память также обычно меньше ОЗУ, поскольку в ней должны храниться только данные, на которые ЦП полагается для будущих операций.

Типы кэш-памяти

Кэш-память, однако, может быть сложной; Он не только отличается от стандартной DRAM, с которой знакомо большинство людей, но также существует несколько различных типов кэш-памяти.

Кэш-память обычно работает в нескольких различных конфигурациях: прямое сопоставление, полностью ассоциативное сопоставление и заданное ассоциативное сопоставление.

Прямое сопоставление включает блоки памяти, отображаемые в определенные места в кэше, в то время как полностью ассоциативное сопоставление позволяет использовать любое место кэша для сопоставления блока, вместо того, чтобы требовать предварительной установки местоположения. Ассоциативное сопоставление набора действует как промежуточное звено между ними, поскольку каждый блок сопоставляется с меньшим подмножеством местоположений в кэше.

Оценка кэш-памяти

Существует три различных категории, сгруппированных по уровням: L1, L2 и L3. Кэш L1 обычно встроен в микросхему процессора и является самым маленьким по размеру, от 8 до 64 КБ.Однако это также самый быстрый тип памяти для чтения ЦП. Многоядерные процессоры обычно имеют отдельный кэш L1 для каждого ядра.

Кэши L2 и L3 больше, чем L1, но для доступа к ним требуется больше времени. Кэш L2 иногда является частью ЦП, но часто является отдельным чипом между ЦП и ОЗУ.

Графические процессоры (ГП) часто имеют отдельную кэш-память для ЦП, что гарантирует, что ГП может быстро выполнять сложные операции рендеринга, не полагаясь на системную ОЗУ с относительно высокой задержкой.

Рекомендуемые ресурсы

Управление рисками безопасности и соблюдение требований в сложных условиях

Как ключевые технологические партнеры растут вместе с вашей организацией

Загрузить сейчас

Лучшие практики безопасности для PostgreSQL

Защита данных с помощью PostgreSQL

Загрузить сейчас

Превратите свой бизнес MSP в деньги- изготовление машины

Преимущества и проблемы модели постоянного дохода

Загрузить сейчас

Обслуживание и поддержка облака

Как поддерживать облачную инфраструктуру после миграции

Посмотреть сейчас

Что такое кэш? Полное руководство по тайникам и их использованию

  • Кэш — это специальное пространство для хранения временных файлов, которое позволяет устройству, браузеру или приложению работать быстрее и эффективнее.
  • После первого открытия приложения или веб-сайта в кеш-памяти на вашем устройстве хранятся файлы, изображения и другие соответствующие данные.
  • Кэшированные данные используются для быстрой загрузки приложения или веб-сайта при каждом последующем посещении.
  • Посетите техническую библиотеку Business Insider, чтобы узнать больше.

Если вы когда-либо устраняли какие-либо неполадки на своем компьютере или очищали историю просмотров, вы, скорее всего, встречали совет, связанный с кешем (произносится как «наличные»).

Скорее всего, вам было предложено его очистить.

Но что такое кеш и зачем вам это нужно? Вот все, что вам следует знать о кэшах и их важности для современных технологий.

Что такое кеш?

Кэш — это зарезервированное место для хранения, в котором собираются временные данные, помогающие веб-сайтам, браузерам и приложениям загружаться быстрее. Будь то компьютер, ноутбук или телефон, веб-браузер или приложение, вы найдете несколько разнообразных кешей.

Кэш позволяет быстро извлекать данные, что, в свою очередь, помогает устройствам работать быстрее. Он действует как банк памяти, облегчая доступ к данным локально, вместо того, чтобы загружать их повторно каждый раз, когда вы посещаете веб-сайт или открываете приложение.

С точки зрения того, как это влияет на вашу повседневную жизнь, есть три основных области, в которых кеши играют важную роль:

Устройства и программное обеспечение

Кеши находятся как в программном, так и в аппаратном обеспечении.ЦП или центральный процессор — основной компонент, отвечающий за обработку информации из программного обеспечения в вашем

настольный компьютер
, ноутбук, смартфон или планшет — имеет собственный кеш.

Кэш ЦП — это небольшой блок памяти, предназначенный для того, чтобы помочь ЦП легко извлекать часто используемую информацию. В нем хранятся данные, которые основная память вашего устройства использует для выполнения инструкций гораздо быстрее, чем если бы ему приходилось загружать каждый бит информации только по запросу.

Большинство компьютеров позволяют очистить кэш ЦП, что может помочь ускорить работу программ.

Дэйв Джонсон / Business Insider

Веб-браузеры

Каждый веб-браузер, будь то Microsoft Edge, Chrome, Firefox или Safari, поддерживает свой собственный кеш.

В кэше браузера хранятся файлы, необходимые вашему браузеру для отображения посещаемых им веб-сайтов. Сюда входят такие элементы, как HTML-файл, описывающий сайт, а также таблицы стилей CSS, сценарии Javascript, файлы cookie и изображения.

Например, когда вы посещаете Amazon, он загружает все изображения, связанные со страницами продуктов, которые вы посещаете, HTML и другие файлы сценариев, необходимые для отображения страниц, а также информацию для персонализации, такую ​​как ваши данные для входа и содержимое ваших покупок. тележка.

Вот почему, если вы очистите кеш браузера, на сайтах розничной торговли потребуется снова войти в систему и перенастроить настройки.

Приложения

Приложения обычно также поддерживают свой собственный кеш. Как и браузеры, приложения сохраняют файлы и данные, которые они считают важными, чтобы они могли быстро перезагружать информацию по мере необходимости. Однако каждое приложение отличается, поэтому тип данных, которые оно кэширует, может быть разным, но может включать изображения, миниатюры видео, историю поиска и другие пользовательские настройки.

Преимущества кешей

С точки зрения пользователя, у кешей есть три основных преимущества, в том числе:

  • Они заставляют все работать быстрее. Ключевым преимуществом кеша является то, что он повышает производительность системы. Например, сохраняя локальные копии файлов веб-сайта, ваш браузер должен загружать эту информацию только при первом посещении и может загружать локальные файлы при последующих посещениях.
  • Сохраняют данные. Чтобы повысить производительность, приложения хранят в кеше недавно использованные и часто используемые данные.Это не только позволяет всему работать быстрее, как упоминалось ранее, но в некоторых случаях позволяет приложениям работать в автономном режиме. Например, если у вас нет доступа в Интернет, приложение может полагаться на кэшированные данные, чтобы продолжать работать даже без подключения.
  • Они хранят данные для дальнейшего использования. Очень эффективно загружать файлы только один раз. Если копия файла хранится в кеше, то приложению не нужно тратить время, заряд аккумулятора и другие ресурсы, загружая его во второй раз.Вместо этого приложению нужно только загрузить измененные или новые файлы.

Недостатки кешей

Хотя современное программное обеспечение сильно зависит от использования кешей, у них также есть некоторые недостатки:

  • Они могут занимать много места для хранения. В принципе, кеш — это небольшое хранилище файлов, используемых приложением. Но некоторые кеши могут становиться очень большими и ограничивать свободное место на вашем устройстве. Очистка кеша может стереть файлы и восстановить большой объем памяти.
  • Поврежденный кеш может привести к плохой работе приложения. Если что-то не так с файлом, хранящимся в кеше, это может привести к неправильному отображению данных в приложении, сбоям или даже сбою. Вот почему обычным средством устранения проблем с браузером является очистка кеша.
  • Кеши могут препятствовать загрузке приложениями последней версии веб-страницы или других данных. Теоретически предполагается, что приложения будут использовать кеш только для отображения файлов, не изменившихся с момента последнего посещения. Однако это не всегда работает, и иногда единственный способ увидеть последнюю версию веб-сайта или другую информацию — очистить кеш, поэтому приложение вынуждено загружать все заново.

Что значит очистить кеш?

Учитывая недостатки кеширования, имеет практический смысл очистить кэш в рамках регулярного обслуживания. Помимо поврежденных файлов, если кеш становится слишком большим или на вашем компьютере начинает заканчиваться дисковое пространство, эти проблемы также могут повлиять на производительность вашего ПК.

Решение состоит в «очистке кеша», при котором удаляются файлы, хранящиеся в кеше.

Если кэш может быть очищен вами, пользователем, программа, владеющая кешем, обычно делает эту опцию доступной где-нибудь в своем меню настроек.

В каждом браузере есть простой способ очистить кеш.

Дэйв Джонсон / Business Insider

Помимо возможности очистить кеш в Windows или iOS, вот как очистить кеш в популярных веб-браузерах:

Мы также много писали о том, как очистить кеш на разных устройствах.Вот как очистить кеш на:

Преимущества очистки кеша включают освобождение предыдущего места для хранения на вашем компьютере и удаление любых файлов, которые могут вызывать неправильное поведение.

К сожалению, очистка кеша также удаляет файлы, которые предназначены для повышения эффективности работы вашего компьютера. Например, очистка кеша браузера обычно означает, что вам придется снова входить на все свои любимые веб-сайты, и вы потеряете все специальные настройки или персонализации, которые у вас были там, включая содержимое тележек для покупок или корзин.

Но если у вас возникли проблемы с Mac, ПК или мобильным устройством, очистка кеша того стоит.

Что такое кеширование и как оно работает

«Что означает кэш» — распространенный вопрос в вычислительной технике, а кэширование — это процесс, при котором копии данных или файлов хранятся во временном хранилище — или в кеше — чтобы к ним можно было получить доступ быстрее. Он временно сохраняет данные для приложений, серверов и веб-браузеров, благодаря чему пользователям не нужно загружать информацию каждый раз, когда они обращаются к веб-сайту или приложению.

Кэшированные данные обычно включают мультимедийные материалы, такие как изображения, файлы и сценарии, которые сохраняются на устройстве, когда пользователь впервые открывает приложение или посещает веб-сайт. Это используется для быстрой загрузки информации о приложении или веб-сайте каждый раз, когда пользователь впоследствии открывает или посещает его. Кэширование — это решение узкого места фон Неймана, которое ищет способы улучшить обслуживание более быстрого доступа к памяти.

Система доменных имен (DNS) кэширует записи DNS для более быстрого поиска, сети доставки контента (CDN) используют кэширование для уменьшения задержки, а веб-браузеры кэшируют файлы, изображения и JavaScript на языке гипертекстовой разметки (HTML) для более быстрой загрузки веб-сайтов.Например, когда пользователь посещает веб-сайт впервые, приложение или браузер сохраняет информацию, чтобы помочь ему получить к нему доступ быстрее и эффективнее.

Кэшированные данные сохраняют данные для повторного доступа в памяти устройства. Данные хранятся высоко в памяти компьютера, чуть ниже центрального процессора (ЦП). Он хранится на нескольких уровнях: первичный уровень кэш-памяти встроен в микросхему микропроцессора устройства, а затем еще два вторичных уровня, которые питают первичный уровень.Эти данные хранятся до своего времени жизни (TTL), который указывает, как долго контент должен храниться в кэше, истекает срок его действия или кеш жесткого диска устройства заполняется.

Данные обычно кэшируются двумя способами: через браузер или кэширование памяти или через сети CDN.

  1. Браузер и кэширование памяти. Кеши памяти хранят данные локально на компьютере, на котором запущено приложение или браузер. Когда браузер активен, ресурсы, которые он извлекает, хранятся в его оперативной памяти (RAM) или на жестком диске.В следующий раз, когда ресурсы потребуются для загрузки веб-страницы, браузер извлекает их из кеша, а не с удаленного сервера, что ускоряет получение ресурсов и загрузку страницы.
  2. CDN: кэширование — это одна из задач CDN, которая хранит данные в географически распределенных местах для сокращения времени загрузки, обработки огромных объемов трафика и защиты от кибератак. Запросы браузера направляются в локальную сеть CDN, что сокращает расстояние, на которое проходят данные ответа, и быстрее передает ресурсы.

Когда пользователь посещает новый веб-сайт, его браузеру необходимо загрузить данные для загрузки и отображения содержимого на странице. Чтобы ускорить этот процесс при следующем посещении сайта пользователем, браузеры кэшируют контент на странице и сохраняют его копию на жестком диске устройства. В результате, когда пользователь в следующий раз перейдет на этот веб-сайт, контент уже будет сохранен на его устройстве, и страница будет загружаться быстрее.

Кэш-память

предлагает чрезвычайно низкую задержку, что означает быстрый доступ к ней.В результате он ускоряет загрузку во второй раз, когда пользователь обращается к приложению или веб-сайту. Однако кеш не может хранить много памяти, поэтому он хранит только небольшие файлы, такие как изображения и веб-текст.

Данные можно кэшировать разными способами, но обычно владелец веб-сайта устанавливает «заголовок», который сообщает устройству, что данные можно кэшировать и на какой срок. Это указывает браузеру пользователя, какую информацию загружать и где хранить временные файлы. Затем пользователь может создавать политики и настройки в отношении того, какие данные они кэшируют, и даже очищать весь кеш, чтобы уменьшить объем данных, хранящихся на их устройстве.

Кэширование данных важно, поскольку помогает ускорить работу приложений и повысить эффективность. Он хранит данные локально, что означает, что браузеры и веб-сайты будут загружаться быстрее, потому что элементы доступа, такие как изображения домашней страницы, были ранее загружены.

Интернет-пользователи обычно покидают веб-сайт, который загружается слишком медленно, что делает кеширование жизненно важным для владельцев веб-сайтов, чтобы улучшить взаимодействие с пользователем и побудить людей использовать их сайт. Это также важно для онлайн-инструментов, таких как Google Docs, которые позволяют пользователям открывать и сохранять свои документы в Интернете.

Однако у кэширования данных есть свои недостатки. Кэширование может улучшить производительность браузера, но оно также создает риск раскрытия конфиденциальной или конфиденциальной информации пользователей киберпреступникам. Кэширование данных может привести к уязвимости данных аутентификации, истории просмотров или токенов сеанса, особенно если браузер остается открытым или другой пользователь имеет к нему доступ.

.