Што такое кэшаваныя дадзеныя і кэшаванне?

Кампутар, нажаль, не маментальна выконвае каманды, якія атрымлівае ад людзей. Для паскарэння гэтага працэсу ўжываецца шэраг хітрасцяў, і пачэснае месца сярод іх належыць кэшаванню. Што гэта такое? Чым з'яўляюцца кэшаваныя дадзеныя? Як гэты працэс уласна адбываецца? Што такое кэшаваныя дадзеныя ў смартфоне "Самсунг", да прыкладу, і адрозніваюцца яны чымсьці ад тых, што ў кампутары? Давайце прыступім да атрымання адказаў на гэтыя пытанні.

Што такое кэш?

Так называюць прамежкавы буфер, які забяспечвае хуткі доступ да інфармацыі, верагоднасць запыту якой вышэй за ўсё. Усе дадзеныя ўтрымліваюцца ў ім. Важнай перавагай з'яўляецца тое, што атрымаць усю неабходную інфармацыю з кэша можна значна хутчэй, чым з зыходнага сховішчы. Але існуе значны недахоп - памер. Кэшаваныя дадзеныя ўжываюцца ў браўзэрах, жорсткіх дысках, ЦПУ, вэб-серверах, службах WINS і DNS. Асновай структуры з'яўляюцца наборы запісаў. Кожная з іх асацыяваная з пэўным элементам або блокам дадзеных, якія выступаюць копіяй таго, што ёсць у асноўнай памяці. Запісы маюць ідэнтыфікатар (тэг), з дапамогай якога і вызначаецца адпаведнасць. Давайце паглядзім з трохі іншага пункту гледжання: што такое кэшаваныя дадзеныя ў тэлефоне "Самсунг" ці іншага вытворцы? Ці адрозніваюцца яны ад тых, што ствараюцца ў кампутары? З прынцыповай пункту гледжання - не, розніца выключна ў памеры.

працэс выкарыстання

Калі кліент (яны былі пералічаныя вышэй) запытвае зьвесткі, то першае, што робіць кампутар - даследуе кэш. Калі ў ім знаходзіцца неабходная запіс, то яна і выкарыстоўваецца. У гэтых выпадках адбываецца трапленне. Перыядычна дадзеныя з Кэша капіююцца ў асноўную памяць. Але калі патрэбная запіс не была знойдзена, то адбываецца пошук змесціва ў базавым сховішча. Уся узятая інфармацыя пераносіцца ў кэш, каб да яе потым можна было звяртацца больш хутка. Працэнт, калі запыты здабудзе поспехам, завецца узроўнем або каэфіцыентам траплення.

абнаўленне дадзеных

Пры выкарыстанні, дапусцім, вэб-браўзэрам ажыццяўляецца праверка лакальнага кэша з мэтай знайсці копію старонкі. Улічваючы абмежаванасць дадзенага выгляду памяці, пры промаху прымаецца рашэнне адкінуць частку інфармацыі, каб вызваліць прастору. Каб вырашыць, што менавіта будзе заменена, выкарыстоўваюць розныя алгарытмы выцяснення. Дарэчы, калі казаць пра тое, што такое кэшаваныя дадзеныя на "Андроід", то ў масе сваёй яны выкарыстоўваюцца для працы з малюнкамі і дадзенымі прыкладанняў.

палітыка запісу

Падчас мадыфікацыі змесціва кэша абнаўляюць дадзеныя і ў асноўнай памяці. Часовая затрымка, якая праходзіць паміж унясеннем інфармацыі, залежыць ад палітыкі запісу. Існуе два асноўных тыпу:

1. Неадкладная запіс. Кожнае змяненне сінхронна заносіцца ў асноўную памяць.
2. Адкладзеная або зваротная запіс. Абнаўленне дадзеных праводзіцца перыядычна або пры запыце з боку кліента. Каб адсочваць, ці было унесена змяненне, выкарыстоўваюць прыкмета з двума станамі: «брудны» або зменены. У выпадку промахі можа вырабляцца два звароты, накіраваныя асноўнай памяці: першае выкарыстоўваецца, каб запісаць дадзеныя, што былі змененыя з кэша, а другое - каб прачытаць неабходны элемент.

Можа быць і такое, што інфармацыя ў прамежкавым буферы становіцца неактуальнай. Гэта адбываецца пры змене дадзеных у асноўнай памяці без ўнясення карэкціровак у кэш. Для ўзгодненасці ўсіх працэсаў рэдагавання выкарыстоўваюць пратаколы кагерэнтнасці.

сучасныя выклікі

З павелічэннем частотнасці працэсараў і павышэннем прадукцыйнасці аператыўнай памяці з'явілася новае праблемнае месца - абмежаванасць інтэрфейсу перадачы дадзеных. Што з гэтага можа прымеціць дасведчаны чалавек? Кэш-памяць вельмі карысная, калі частата ў АЗП менш чым у працэсары. Многія з іх маюць свой уласны прамежкавы буфер, каб паменшыць час доступу да аператыўнай памяці, якая дзейнічае больш павольна, чым рэгістры. У ЦП, якія падтрымліваюць віртуальную адрасаванне, часта размяшчаюць невялікі, але вельмі хуткі буфер трансляцый адрасоў. Але ў іншых выпадках кэш не вельмі карысны, а часам толькі стварае праблемы (але гэта звычайна ў кампутарах, якія падвергліся мадыфікацыі непрафесіяналам). Дарэчы, кажучы пра тое, што такое кэшаваныя дадзеныя ў памяці смартфона, НДА адзначыць, што з-за маленькага памеру прылады даводзіцца ствараць новыя мініяцюрныя рэалізацыі кэша. Цяпер некаторыя тэлефоны могуць пахваліцца параметрамі, як у перадавых кампутараў дзесяць гадоў таму - а якая розніца ў іх памеры!

Сінхранізацыя дадзеных паміж рознымі буферамі

Кэш карысны, калі адзін, а як захаваць эфектыўнасць дадзенай тэхналогіі, калі іх шмат? Гэтую праблему вырашае кагерэнтнасць буфера. Існуе тры варыянты абмену дадзенымі:

1. Інклюзіўны. Кэш можа паводзіць сябе як заўгодна.
2. Эксклюзіўны. Распрацоўваўся пад кожны канкрэтны выпадак.
3. Неэкслюзивный. Стандарт шырокага распаўсюду.

ўзроўні кэшавання

Іх колькасць звычайна раўняецца тром або чатыром. Чым больш ўзровень памяці, тым яна аб'ёмней і больш павольна:

1. L1 cache. Самы хуткі ўзровень кэша - першы. Па сутнасці, ён частка працэсара, паколькі размешчаны на адным крышталі і ставіцца да функцыянальным блокам. Звычайна дзеліцца на два віды: кэш інструкцый і дадзеных. Большасць сучасных працэсараў без гэтага ўзроўню не працуюць. Дадзены кэш функцыянуе на частаце працэсара, таму зварот да яго можа ажыццяўляць кожны такт.
2. L2 cache. Звычайна размяшчаецца разам з папярэднім. З'яўляецца памяццю паасобнага карыстання. Каб даведацца яго велічыню, неабходна ўвесь аб'ём, аддадзены пад кэшаванне дадзеных, падзяліць на колькасць ядраў, якое ёсць у працэсары.
3. L3 cache. Павольны, але самы вялікі залежны кэш. Звычайна больш за 24 Мбайт. Выкарыстоўваецца, каб сінхранізаваць дадзеныя, якія паступаюць ад розных кэшаў другога ўзроўня.
4. L4 cache. Выкарыстанне апраўдана толькі для высокапрадукцыйных шматпрацэсарных майнфреймов і сервераў. Яго рэалізуюць у якасці асобнай мікрасхемы. Калі вы задаеце пытанне пра тое, што такое кэшаванне дадзеных у смартфоне "Самсунг" і шукаеце ў ім гэты ўзровень - магу сказаць, што гадоў на 5 дакладна паспяшаліся.

асацыятыўнасць кэша

Гэта фундаментальная характарыстыка. Асацыятыўнасць кэшаваных дадзеных неабходная для адлюстравання лагічнай сегментацыі. Яна, у сваю чаргу, патрэбна з-за таго, што паслядоўны перабор ўсіх наяўных радкоў займае дзесяткі тактаў і зводзіць на нёт ўсе перавагі. Таму выкарыстоўваецца жорсткая прывязка вочак АЗП да дадзеных кэша, для скарачэння часу пошуку. Калі параўноўваць прамежкавыя буферы, у якіх аднолькавы аб'ём, але розная асацыятыўнасць, то той, у каго яна вялікая, будзе працаваць менш хутка, але з значнай удзельнай эфектыўнасцю.

заключэнне

Як бачыце, кэшаваныя дадзеныя пры пэўных умовах дазваляе вашаму кампутара дзейнічаць больш хутка. Але, на жаль, існуе яшчэ даволі шмат аспектаў, над якімі можна працаваць працяглы час.