Ako sa spravuje vyrovnávacia pamäť?

Správa vyrovnávacej pamäte je komplexný proces zameraný na maximalizáciu výhod ukladania do vyrovnávacej pamäte a zároveň minimalizuje jeho nevýhody. Rôzne systémy ukladania do vyrovnávacej pamäte využívajú rôzne stratégie, ale sú bežné niekoľko kľúčových aspektov:

1. Náhradné politiky: Ak je vyrovnávacia pamäť plná a je potrebné pridať novú položku, politika výmeny rozhodne, ktorá existujúca položka vysťahovať. Populárne politiky zahŕňajú:

* najmenej nedávno použité (LRU): Vysťahuje položku, ku ktorej nebolo prístupné v najdlhšom čase. Jednoduché, ale vyžaduje sledovanie časov prístupu.

* prvé, prvé von (fifo): Vysťahuje najstaršiu položku. Zjednodušenie implementácie ako LRU, ale nemusí byť tak efektívny.

* najmenej často používané (lfu): Vysťahuje položku, ku ktorej je prístup najmenej často. Vyžaduje počítanie prístupov.

* naposledy použité (MRU): Vysťahuje naposledy použitú položku. Kontraintuitívne, ale môže byť užitočné v konkrétnych scenároch.

* Náhodná výmena: Vysťahuje náhodnú položku. Jednoduché, ale nepredvídateľné.

* hodinové algoritmus: Kompromis medzi LRU a FIFO. Používa kruhovú vyrovnávaciu pamäť a bit „použitia“.

Výber politiky výmeny výrazne ovplyvňuje výkon vyrovnávacej pamäte. LRU je často dobrá rovnováha medzi účinnosťou a zložitosťou.

2. Veľkosť vyrovnávacej pamäte: Veľkosť vyrovnávacej pamäte je rozhodujúci parameter. Väčšie vyrovnávacie pamäte môžu uchovávať viac údajov, čím znižujú potrebu prístupu pomalšieho úložiska, ale konzumujú aj viac zdrojov (pamäť, napájanie). Optimálna veľkosť závisí od aplikácie a dostupných zdrojov.

3. Koherencia vyrovnávacej pamäte (pre systémy viacerých procesorov): Keď viacero procesorov zdieľa vyrovnávaciu pamäť, zabezpečenie toho, aby sa konzistentnosť údajov stala kritickou. Na udržanie koherencie sa používajú rôzne protokoly (napríklad mesi alebo moesi). Tieto protokoly zahŕňajú techniky, ako je snooping a metódy založené na adresári.

4. Píšte pravidlá: Ako sa zaobchádza s písať, určuje konzistentnosť údajov medzi vyrovnávacou pamäť a hlavnou pamäťou. Bežné politiky zahŕňajú:

* napísať: Zápisy sa okamžite šíria do hlavnej pamäte. Jednoduché, ale pomalšie.

* zápis: Písanie sú spočiatku vyrobené iba do vyrovnávacej pamäte. Zápis vyrovnávacej pamäte je označený ako „špinavý“ a zápis sa šíri do hlavnej pamäte neskôr (napr. Keď je vysťahovaná čiara vyrovnávacej pamäte). Rýchlejšie, ale vyžaduje ďalšie účtovníctvo.

5. Neplatná vyrovnávacia pamäť: Ak sa údaje v hlavnej pamäti aktualizujú, zodpovedajúce záznamy v vyrovnávacej pamäti môžu byť zastarané. Inplaidačné mechanizmy zabezpečujú, že vyrovnávacia pamäť odráža najnovšie údaje. To je obzvlášť dôležité pre pisárske pamiatky.

6. Dátové štruktúry: Efektívne dátové štruktúry sú nevyhnutné pre rýchle vyhľadávanie vyrovnávacej pamäte. Hash stoly a stromy sa bežne používajú.

7. Predpätie: Predvídanie budúceho prístupu k údajom a predbežné načítanie do vyrovnávacej pamäte môže zlepšiť výkon. Vyžaduje si to znalosť prístupových vzorcov.

8. Ladenie vyrovnávacej pamäte: Optimálna konfigurácia vyrovnávacej pamäte do značnej miery závisí od pracovného zaťaženia a aplikácie. Ladenie zahŕňa úpravu parametrov, ako je veľkosť vyrovnávacej pamäte, politika výmeny a stratégie predbežného pritiahnutia, aby sa maximalizoval výkon.

Stručne povedané, správa vyrovnávacej pamäte je problém s mnohostrannou optimalizáciou, ktorý sa snaží vyvážiť rýchlosť, konzistentnosť a spotrebu zdrojov. Použité špecifické techniky závisia od kontextu-od jednoduchých cache LRU v webových prehliadačoch až po sofistikované viacúrovňové cache v moderných CPU.

• Predchádzajúca strana: Prečo spoločnosť Akamai musí geograficky rozptýliť svoje servery poskytovať webový obsah zákazníkov? 
• Ďalšia strana: Čo je nadmerné používanie klientskeho servera?