Ako zlepšuje vyrovnávacia pamäť blokov v systémoch ukladania údajov?

Bloková vyrovnávacia vyrovnávacia pamäť významne zlepšuje výkon systémov ukladania údajov znížením počtu operácií I/O disku potrebných na čítanie malých, často prístupných dátových prvkov vo väčších blokoch. Tu je rozpis toho, ako funguje a jeho výhody:

Ako to funguje

1. Dátová štruktúra: Bloková vyrovnávacia vyrovnávacia pamäť je v podstate mapovanie medzi konkrétnymi rozsahmi bajtov (kompenzácie) v dátovom bloku a skutočnými údajmi uloženými v týchto kompenzáciách. Často sa implementuje ako obchod s kľúčovou hodnotou, kde:

* Kľúč: Typicky kombinácia ID bloku a posunu v bloku.

* Hodnota: Skutočné údaje s bývaom na tomto postupe.

2. Čítanie operácie: Keď príde žiadosť o prečítanie konkrétnej časti údajov v bloku:

* cache Skontrolujte: Systém najskôr skontroluje vyrovnávaciu vyrovnávaciu pamäť bloku, aby sa požadoval požadovaný posun a dĺžka.

* cache hit: Ak sa údaje nachádzajú v vyrovnávacej pamäti („cache hit“), údaje sa okamžite vrátia z vyrovnávacej pamäte. Tým sa zabráni nákladnému čítaniu disku.

* cache slečna: Ak údaje nie sú v vyrovnávacej pamäti („Cache Miss“), systém vykoná úplný blok čítaný z disku. Po prečítaní bloku sa požadované údaje extrahujú z bloku a vrátia sa do aplikácie. zásadne , údaje a jeho zodpovedajúci posun sa tiež pridávajú do vyrovnávacej pamäte bloku pre budúce požiadavky.

3. Manažment vyrovnávacej pamäte: Rovnako ako každá vyrovnávacia pamäť, aj vyrovnávacia pamäť blokov má obmedzenú veľkosť. Zásady výmeny vyrovnávacej pamäte (napr. Najmenej nedávno použité - LRU, najmenej používané - LFU) sa používajú na vysťahovanie menej často prístupných záznamov, aby sa vytvoril priestor pre nové.

Vylepšenia výkonu

Vyrovnávacia vyrovnávacia pamäť blokov poskytuje vylepšenia výkonu niekoľkými kľúčovými spôsobmi:

* Znížená disk I/O: Primárnym prínosom je významné zníženie počtu operácií I/O diskov. Access Disk je objednávky s veľkosťou pomalšie ako prístup k pamäti. Podávaním údajov priamo z vyrovnávacej pamäte sa systém vyhýba tomuto prekážke. To je obzvlášť prospešné pre malé, často prístupné údaje.

* nižšia latencia: Prístup k údajom z pamäte (vyrovnávacia pamäť) je oveľa rýchlejší ako prístup k nemu z disku. To vedie k výrazne nižšej latencii pre čítanie, čo vedie k responovanejšiemu systému.

* Zvýšená priepustnosť: Znížením zaťaženia systému úložného priestoru (menej operácií I/O diskov) môže systém spracovať viac súbežných požiadaviek na čítanie. To zvyšuje celkovú priepustnosť úložného systému.

* úspory šírky pásma: Čítanie údajov z pamäte spotrebuje výrazne menšiu šírku pásma ako ich čítanie z disku. Toto je obzvlášť dôležité v prostrediach s obmedzenou šírkou pásma siete alebo nákladnými poplatkami za šírku pásma.

* redukcia latencie chvosta: I/O operácie diskov môžu mať výraznú variabilitu v ich latencii. Podávaním ďalších požiadaviek z vyrovnávacej pamäte pomáha vyrovnávacia vyrovnávacia pamäť blokov znížiť „latenciu chvosta“ (latencia najpomalších požiadaviek), čo vedie k predvídateľnejšej a konzistentnejšej skúsenosti používateľa.

Použite prípady

Blokové vyrovnávacie vyrovnávacie pamäte sú obzvlášť účinné v nasledujúcich scenároch:

* Databázy: Databázy často pristupujú k malým častiam záznamov vo väčších dátových blokoch. Ukladanie do vyrovnávacej pamäte týchto kompenzácií zlepšuje výkon dotazu.

* súborové systémy: Systémy súborov často pristupujú k metadáte (napr. Atribúty súborov) uložené v blokoch. Ukladanie do vyrovnávacej pamäte týchto metadát urýchľuje operácie súborového systému.

* uloží kľúče: Sklady kľúčovej hodnoty často ukladajú malé hodnoty spojené s kľúčmi. Na optimalizáciu získavania týchto hodnôt sa môže použiť vyrovnávacia pamäť blokov.

* Skladovanie objektov: Systémy úložného priestoru, ktoré ukladajú malé objekty alebo často majú prístup k častiam väčších objektov, majú úžitok z vyrovnávacej pamäte kompenzácie bloku.

* Systémy s „Hot Spots“: Ak sú niektoré oblasti v dátových blokoch prístupné oveľa častejšie ako iné, vyrovnávacia pamäť blokov sa môže použiť na zameranie na ukladanie do vyrovnávacej pamäte týchto horúcich miest.

Úvahy

* Veľkosť vyrovnávacej pamäte: Výber vhodnej veľkosti vyrovnávacej pamäte je rozhodujúci. Malá vyrovnávacia pamäť bude mať nízku mieru zásahu, zatiaľ čo veľmi veľká vyrovnávacia pamäť môže konzumovať nadmerné zdroje pamäte.

* Politika výmeny vyrovnávacej pamäte: Výber politiky výmeny vyrovnávacej pamäte (napr. LRU, LFU) závisí od prístupových vzorcov údajov. LRU je dobrá politika všeobecného účelu, ale LFU môže byť efektívnejšia, ak sú niektoré údaje neustále prístupnejšie ako iné.

* Konzistentnosť vyrovnávacej pamäte: Ak sú základné dátové bloky upravené, vyrovnávacia pamäť sa musí zneplatniť, aby sa zabezpečila konzistentnosť údajov.

* Riadenie: S riadením vyrovnávacej pamäte (napr. Vyhľadávanie, pridávanie a vysťahovanie záznamov) je spojená nejaká réžia). Táto réžia by sa malo minimalizovať, aby sa maximalizovali výhody výkonnosti.

* zložitosť: Implementácia a správa vyrovnávacej vyrovnávacej vyrovnávacej pamäte bloku dodáva úložnému systému zložitosť.

Záverom je, že vyrovnávacia pamäť blokov je výkonná technika na optimalizáciu výkonu systémov ukladania údajov znížením operácií I/O diskov a znížením latencie pre operácie čítania, najmä pri riešení často prístupných malých dátových prvkov vo väčších dátových blokoch. Výber správnej veľkosti vyrovnávacej pamäte, politiky výmeny a riešenia konzistentnosti je kľúčom k úspešnej implementácii.

• Predchádzajúca strana: Koľko údajov je možné uložiť do systému, ktorý má kapacitu 232 bajtov? 
• Ďalšia strana: Aké sú rozdiely medzi algoritmami CSCAN a skenovania na plánovanie diskov?