Кэширование это процесс cloud-script.ru

Кэширование это процесс

Кэширование

Кэш (англ. cache [1] , произносится kæʃ кЭш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, что делает среднее время доступа короче.

Содержание

Впервые слово «кэш» в компьютерном контексте было использовано в 1967 году во время подготовки статьи для публикации в журнале «IBM Systems Journal». Статья касалась усовершенствования памяти в разрабатываемой модели 85 из серии IBM System/360. Редактор журнала Лайл Джонсон попросил придумать более описательный термин, нежели «высокоскоростной буфер», но из-за отсутствия идей сам предложил слово «кэш». Статья была опубликована в начале 1968 года, авторы были премированы [2]

Функционирование

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Когда клиент кэша (ЦПУ, веб-браузер, операционная система) обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.

Например, веб-браузер проверяет локальный кэш на диске на наличие локальной копии веб-страницы, соответствующей запрошенному URL. В этом примере URL — это идентификатор, а содержимое веб-страницы — это элементы данных.

Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются разные алгоритмы вытеснения.

При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой политикой записи.

В кэше с немедленной записью каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти.

В кэше с отложенной записью (или обратной записью) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации (изменённый или «грязный»). Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных.

В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной. Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша.

Кэш центрального процессора

Ряд моделей центральных процессоров (ЦП) обладают собственным кэшем, для того чтобы минимизировать доступ к оперативной памяти (ОЗУ), которая медленнее, чем регистры. Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, в случае когда тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты ЦП. Тактовая частота для кэш-памяти обычно ненамного меньше частоты ЦП.

Уровни кэша

Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Для универсальных процессоров — до 3. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости обращения и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

Самой быстрой памятью является кэш первого уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. Состоит из кэша команд и кэша данных. Некоторые процессоры без L1 кэша не могут функционировать. На других его можно отключить, но тогда значительно падает производительность процессора. L1 кэш работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт (зачастую является возможным выполнять даже несколько чтений/записей одновременно). Латентность доступа обычно равна 2−4 тактам ядра. Объём обычно невелик — не более 128 Кбайт.

Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня. Обычно он расположен либо на кристалле, как и L1, либо в непосредственной близости от ядра, например, в процессорном картридже (только в слотовых процессорах). В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 Кбайт до 1−12 Мбайт. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования — при общем объёме кэша в 8 Мбайт на каждое ядро приходится по 2 Мбайта. Обычно латентность L2 кэша, расположенного на кристалле ядра, составляет от 8 до 20 тактов ядра. В отличие от L1 кэша, его отключение может не повлиять на производительность системы. Однако, в задачах, связанных с многочисленными обращениями к ограниченной области памяти, например, СУБД, производительность может упасть в десятки раз.

Кэш третьего уровня наименее быстродействующий и обычно расположен отдельно от ядра ЦП, но он может быть очень внушительного размера — более 32 Мбайт. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании.

Отключение кэша второго и третьего уровней обычно используется в математических задачах, например, при обсчёте полигонов, когда объём данных меньше размера кэша. В этом случае, можно сразу записать все данные в кэш, а затем производить их обработку.

Ассоциативность кэша

Одна из фундаментальных характеристик кэш-памяти — уровень ассоциативности — отображает её логическую сегментацию. Дело в том, что последовательный перебор всех строк кэша в поисках необходимых данных потребовал бы десятков тактов и свёл бы на нет весь выигрыш от использования встроенной в ЦП памяти. Поэтому ячейки ОЗУ жёстко привязываются к строкам кэш-памяти (в каждой строке могут быть данные из фиксированного набора адресов), что значительно сокращает время поиска. С каждой ячейкой ОЗУ может быть связано более одной строки кэш-памяти: например, n -канальная ассоциативность (англ. n -way set associative ) обозначает, что информация по некоторому адресу оперативной памяти может храниться в n местах кэш-памяти.

При одинаковом объеме кэша схема с большей ассоциативностью будет наименее быстрой, но наиболее эффективной.

Кэширование внешних накопителей

Многие периферийные устройства хранения данных используют кэш для ускорения работы, в частности, жёсткие диски используют кэш-память от 1 до 32 Мбайт (модели с поддержкой

Применение кэширования внешних накопителей обусловлено следующими факторами:

  1. скорость доступа процессора к оперативной памяти во много раз больше, чем к памяти внешних накопителей;
  2. некоторые блоки памяти внешних накопителей используются несколькими процессами одновременно и имеет смысл прочитать блок один раз, затем хранить одну копию блока в оперативной памяти для всех процессов;
  3. доступ к некоторым блокам оперативной памяти происходит гораздо чаще, чем к другим, поэтому использование кэширования для таких блоков в целом увеличивает производительность системы;
  4. для некоторых блоков памяти внешних накопителей не требуется непосредственной записи после модификации, и использование кэша для таких блоков оптимизирует использование ввода-вывода.

Кэширование, выполняемое операционной системой

Кэш оперативной памяти состоит из следующих элементов:

  1. набор страниц оперативной памяти, разделённых на буферы, равные по длине блоку данных соответствующего устройства внешней памяти;
  2. набор заголовков буферов, описывающих состояние соответствующего буфера;
  3. хеш-таблицы, содержащей соответствие номера блока заголовку;
  4. списки свободных буферов.

Алгоритм работы кэша с отложенной записью

Изначально все заголовки буферов помещаются в список свободных буферов. Если процесс намеревается прочитать или модифицировать блок, то он выполняет следующий алгоритм:

  1. пытается найти в хеш-таблице заголовок буфера с заданным номером;
  2. в случае, если полученный буфер занят, ждёт его освобождения;
  3. в случае, если буфер не найден в хеш-таблице, берёт первый буфер из хвоста списка свободных;
  4. в случае, если список свободных буферов пуст, то выполняется алгоритм вытеснения (см. ниже);
  5. в случае, если полученный буфер помечен как «грязный», выполняет асинхронную запись содержимого буфера во внешнюю память.
  6. удаляет буфер из хеш-таблицы, если он был помещён в неё;
  7. помещает буфер в хеш-таблицу с новым номером.

Процесс читает данные в полученный буфер и освобождает его. В случае модификации процесс перед освобождением помечает буфер как «грязный». При освобождении буфер помещается в голову списка свободных буферов.

  1. если процесс прочитал некоторый блок в буфер, то велика вероятность, что другой процесс при чтении этого блока найдёт буфер в оперативной памяти;
  2. запись данных во внешнюю память выполняется только тогда, когда не хватает «чистых» буферов, либо по запросу.

Алгоритм вытеснения

Если список свободных буферов пуст, то выполняется алгоритм вытеснения буфера. Алгоритм вытеснения существенно влияет на производительность кэша. Существуют следующие алгоритмы:

  1. LRU (Least Recently Used) — вытесняется буфер, неиспользованный дольше всех;
  2. MRU (Most Recently Used) — вытесняется последний использованный буфер;
  3. LFU (Least Frequently Used) — вытесняется буфер, использованный реже всех;
  4. ARC (англ.) (Adaptive Replacement Cache) — алгоритм вытеснения, комбинирующий LRU и LFU, запатентованный

Программное кэширование

Политика записи при кэшировании

При чтении данных кэш-память даёт однозначный выигрыш в производительности. При записи данных выигрыш можно получить только ценой снижения надёжности. Поэтому в различных приложениях может быть выбрана та или иная политика записи кэш-памяти..

Существуют две основные политики записи кэш-памяти — сквозная запись (write-through) и отложенная запись (write-back).

  • сквозная запись подразумевает, что при изменении содержимого ячейки памяти, запись происходит синхронно и в кэш и в основную память.
  • отложенная запись подразумевает, что можно отложить момент записи данных в основную память, а записать их только в кэш. При этом данные будут выгружены в оперативную память только в случае обращения к ним какого либо другого устройства (другой ЦП, контроллер DMA) либо нехватки места в кэше для размещения других данных. Производительность, по сравнению со сквозной записью, повышается, но это может поставить под угрозу целостность данных в основной памяти, поскольку программный или аппаратный сбой может привести к тому, что данные так и не будут переписаны из кэша в основную память. Кроме того, в случае кэширования оперативной памяти, когда используются два и более процессоров, нужно обеспечивать согласованность данных в разных кэшах.

Кэширование интернет-страниц

В процессе передачи информации по сети может использоваться кэширование интернет-страниц — процесс сохранения часто запрашиваемых документов на (промежуточных) прокси-серверах или машине пользователя, с целью предотвращения их постоянной загрузки с сервера-источника и уменьшения трафика. Таким образом, информация перемещается ближе к пользователю. Управление кэшированием осуществляется при помощи CMS конкретного сайта для снижения нагрузки на сервер при большой посещаемости. Кэширование может производится как в память, так и в файловый кэш (кэш на файлах).

Кэширование результатов работы

Многие программы записывают куда-либо промежуточные или вспомогательные результаты работы, чтобы не вычислять их каждый раз, когда они понадобятся. Это ускоряет работу, но требует дополнительной памяти (оперативной или дисковой). Примером такого кэширования является индексирование баз данных.

Что такое кэширование сайта и почему это важно?

Кэширование сайтов — это одна из наиболее полезных технологий. Ее применение делает сайты чрезвычайно быстрыми, что приводит к улучшению SEO и повышению удовлетворенности пользователей. Не говоря уже о более высокой конверсии, которую дает интернет кэш.

Что такое кеширование?

Сама идея реализации кеширования проста. Позвольте мне привести пример.

Если я спрошу вас, сколько будет 5 умножить 3, вы поймете, что правильный ответ 15. При этом не нужно его вычислять — вы просто помните результат, и не осуществляете никакой умственной обработки. Примерно так и работает кеширование.

Сайты тысячи, а иногда и миллионы раз в месяц. Каждый раз, когда браузер запрашивает веб-страницу, сервер должен выполнять кучу сложных вычислений. Он извлекает последние записи, генерирует шапку и подвал сайта, находит виджеты боковой панели и так далее. Но во многих случаях результат вычислений будет неизменным. Здорово, если бы мы могли заставить сервер запомнить окончательный результат, а не обрабатывать каждый запрос отдельно. Это именно то, что делает кеширование!

Как обслуживаются страницы с кэшем

Интернет кэш — что это такое? Сейчас поясню. Допустим, у вас есть блог с включенным кэшированием. Когда кто-то посещает главную страницу вашего блога в первый раз, он получает ее обычным способом: запрос обрабатывается на сервере, и полученная веб-страница, которая должна быть отображена, преобразуется в HTML-файл и отправляется в браузер посетителя.

Поскольку кэширование включено, сервер сохраняет этот HTML-файл в своей « оперативной памяти » ( или RAM ), это делается очень быстро. В следующий раз, когда вы захотите просмотреть главную страницу, серверу не придется выполнять обработку и преобразование в HTML . Вместо этого он отправит ранее подготовленный HTML-файл в браузер.

Но что, если мой контент изменяется?

Это звучит здорово, но что, если вы включили кэширование, а затем опубликуете новую запись? Не будет ли она находиться вне кэша и не окажется ли невидимой для посетителей? Правильно настроенные системы кэширования прекрасно справляются с такими сценариями.

Система кэширования состоит не только из механизма хранения подготовленных HTML-файлов, но и механизма очистки кэша, когда выполняются определенные условия. Например, происходит публикация нового контента.

Настроенный WordPress , должен очистить интернет кэш главной страницы и страниц архивов, когда будет опубликована хотя бы одна новая запись. При этом он должен оставить все остальные страницы, поскольку они не изменены.

Является ли кэширование эффективным?

Сайт, разработанный и реализованный надлежащим образом, может загружаться всего за две секунды. Разве это недостаточно быстро? Необходимо ли использовать кэширование? Ответ — однозначно, да.

Используя кэширование в браузере и на сервере, вы все равно сможете сократить время загрузки. А когда речь идет о скорости загрузки, всегда стоит сделать так много, как только возможно!

Насколько эффективно кэширование? Согласно недавнему исследованию YUI , кэширование в браузере может увеличить скорость сайта на целых 300%!

Типы кэширования

Существует два типа кэширования — серверный и браузерный. Давайте рассмотрим различия между ними.

Кэширование в браузере

Когда посещаете сайт, вам не только нужно извлечь содержимое просматриваемой страницы. Для этого задействуется куча ресурсов, таких как файлы Javascript , таблицы стилей, шрифты, которые браузер загружает в дополнение к контенту страницы.

Перед тем, как почистить кэш в интернет эксплорер, нужно понимать, что кэширование позволяет браузеру хранить эти файлы какое-то время, поэтому не нужно извлекать их каждый раз, когда вы посещаете сайт. Например, при первом посещении сайта вы получите кучу ресурсов, которые браузер будет кэшировать. Это займет несколько секунд, но в следующий раз, когда зайдете на сайт, вы заметите значительное снижение времени загрузки.

Кэширование на сервере

Вместо обработки каждого запроса сервер принимает результаты этих запросов и сохраняет их. Затем он обслуживает сохраненные результаты, делая все намного быстрее.

Возможно, вы столкнетесь с терминами « кэш объектов » и « полный кэш страниц ». Оба обозначают методы кэширования на сервере. Кэш полной страницы — это то, о чем мы говорили до сих пор.

Кэш объектов хранит только фрагменты данных, а не полную страницу. Это может быть полезно при сохранении результата сложных операций, таких как создание меню навигации.

Кэширование в WordPress

Есть три вещи, которые нужно знать о кешировании в WordPress: написание эффективного кода, использование плагинов кэширования и использование встроенного кэша хостинга.

Использование плагинов кэширования WordPress

Самое важное правило – никогда не используйте одновременно больше одного плагина кэша страниц интернета. Это не сделает ваш сайт быстрее, а намного медленнее и в результате просто сломает.

Используйте одновременно только один плагин кэширования. При правильной настройке это поможет значительно ускорить работу сайта. Лучшие плагины кэширования — WP Rocket , W3 Total Cache и WP Super Cache .

Использование кэширования, осуществляемого хостингом

Это относится к сайтам, которые работают на WordPress . Я могу рекомендовать WPEngine , Flywheel и Kinsta . Все они предоставляют превосходные сервисы кэширования.

Системы кэширования, используемые этими хостингами, работают на гораздо более низком уровне по сравнению с плагинами для WordPress , что намного эффективнее. Они настроены специально для работы с WordPress и используемым хостингом, что еще больше увеличивает их ценность.

Если вы используете специализированные WordPress-хостинги , я рекомендую вообще не устанавливать плагин кэширования. Многие из таких хостингов даже запрещают использование плагинов кэширования, чтобы они не снижали эффективности систем кэширования, реализованных провайдером.

Написание эффективного кода

Мы не будем вдаваться в подробности, но первое, что вы должны знать — это то, как устроен WordPress .

Например, если вы получаете метаданные для записи, и вызываете get_post_meta($post_id, ‘co-author’, true );,WordPress извлекает все метаданные для этого поста. Поэтому наличие 50 отдельных запросов get_post_meta() для извлечения одной записи не является расточительством.

Следующее, что вам нужно изучить, это как правильно использовать переходные процессы в WordPress . Переходные процессы — это своеобразное решение для кэширования объектов с датой истечения срока действия. Их можно использовать для кэширования подвала или шапки, которые не изменяются с течением времени, за исключением особых случаев. Тогда вы просто очищаете кэш.

Заключение

Кэш сайтов в интернете — это технология, которая увеличивает скорость работы сайта, не жертвуя при этом чем-либо значительно. При правильном использовании она не только приведет к значительному ускорению процесса загрузки страниц, но и уменьшит нагрузку на сервер.

Если вы еще не кэшируете свой сайт, сделайте это! Чтобы начать работу с кэшированием, ознакомьтесь с упомянутыми выше плагинами.

Данная публикация представляет собой перевод статьи « What is Website Caching and Why is it so Important » , подготовленной дружной командой проекта Интернет-технологии.ру

Что такое кэшированные данные и кэширование?

Компьютер, увы, не моментально выполняет команды, которые получает от людей. Для ускорения этого процесса применяется ряд хитростей, и почетное место среди них принадлежит кэшированию. Что это такое? Чем являются кэшированные данные? Как этот процесс собственно происходит? Что такое кэшированные данные в смартфоне «Самсунг», к примеру, и отличаются они чем-то от тех, что в компьютере? Давайте приступим к получению ответов на эти вопросы.

Что такое кэш?

Так называют промежуточный буфер, который обеспечивает быстрый доступ к информации, вероятность запроса которой выше всего. Все данные содержатся в нём. Важным преимуществом является то, что извлечь всю необходимую информацию из кэша можно значительно быстрее, чем из исходного хранилища. Но существует значительный недостаток – размер. Кэшированные данные применяются в браузерах, жестких дисках, ЦПУ, веб-серверах, службах WINS и DNS. Основой структуры являются наборы записей. Каждая из них ассоциирована с определённым элементом или блоком данных, которые выступают копией того, что есть в основной памяти. Записи имеют идентификатор (тег), с помощью которого и определяется соответствие. Давайте посмотрим с немного другой точки зрения: что такое кэшированные данные в телефоне «Самсунг» или другого производителя? Отличаются ли они от тех, что создаются в компьютере? С принципиальной точки зрения – нет, разница исключительно в размере.

Процесс использования

Когда клиент (они были перечислены выше) запрашивает данные, то первое, что делает компьютер – исследует кэш. Если в нём находится необходимая запись, то она и используется. В этих случаях происходит попадание. Периодически данные из КЭШа копируются в основную память. Но если нужная запись не была найдена, то происходит поиск содержимого в базовом хранилище. Вся взятая информация переносится в кэш, чтобы к ней потом можно было обращаться более быстро. Процент, когда запросы увенчиваются успехом, называется уровнем или коэффициентом попадания.

Обновление данных

При использовании, допустим, веб-браузером осуществляется проверка локального кэша с целью найти копию страницы. Учитывая ограниченность данного вида памяти, при промахе принимается решение отбросить часть информации, чтобы освободить пространство. Чтобы решить, что именно будет заменено, используют различные алгоритмы вытеснения. Кстати, если говорить о том, что такое кэшированные данные на «Андроиде», то в массе своей они используются для работы с картинками и данными приложений.

Политика записи

Во время модификации содержимого кэша обновляют данные и в основной памяти. Временная задержка, которая проходит между внесением информации, зависит от политики записи. Существует два основных типа:

  1. Немедленная запись. Каждое изменение синхронно заносится в основную память.
  2. Отложенная или обратная запись. Обновление данных проводится периодически или при запросе со стороны клиента. Чтобы отслеживать, было ли внесено изменение, используют признак с двумя состояниями: «грязный» или изменённый. В случае промаха может производиться два обращения, направленные основной памяти: первое используется, чтобы записать данные, что были изменены из кэша, а второе – чтобы прочитать необходимый элемент.

Может быть и такое, что информация в промежуточном буфере становится неактуальной. Это происходит при изменении данных в основной памяти без внесения корректировок в кэш. Для согласованности всех процессов редактирования используют протоколы когерентности.

Современные вызовы

С увеличением частотности процессоров и повышением производительности оперативной памяти появилось новое проблемное место – ограниченность интерфейса передачи данных. Что из этого может подметить знающий человек? Кэш-память очень полезна, если частота в ОЗУ меньше чем в процессоре. Многие из них имеют свой собственный промежуточный буфер, чтобы уменьшить время доступа к оперативной памяти, которая действует медленнее, нежели регистры. В ЦП, которые поддерживают виртуальную адресацию, часто размещают небольшой, но очень быстрый буфер трансляций адресов. Но в других случаях кэш не очень полезен, а иногда только создаёт проблемы (но это обычно в компьютерах, которые подверглись модификации непрофессионалом). Кстати, говоря о том, что такое кэшированные данные в памяти смартфона, надо отметить, что из-за маленького размера устройства приходится создавать новые миниатюрные реализации кэша. Сейчас некоторые телефоны могут похвастаться параметрами, как у передовых компьютеров десять лет назад – а какая разница в их размере!

Синхронизация данных между разными буферами

Кэш полезен, когда один, а как сохранить эффективность данной технологии, если их много? Эту проблему решает когерентность буфера. Существует три варианта обмена данными:

  1. Инклюзивный. Кэш может вести себя как угодно.
  2. Эксклюзивный. Разрабатывался под каждый конкретный случай.
  3. Неэкслюзивный. Стандарт широкого распространения.

Уровни кэширования

Их количество обычно равняется трём или четырём. Чем больше уровень памяти, тем она объемнее и медленнее:

  1. L1 cache. Самый быстрый уровень кэша – первый. По сути, он часть процессора, поскольку расположен на одном кристалле и относится к функциональным блокам. Обычно делится на два вида: кэш инструкций и данных. Большинство современных процессоров без этого уровня не работают. Данный кэш функционирует на частоте процессора, поэтому обращение к нему может осуществлять каждый такт.
  2. L2 cache. Обычно располагается вместе с предыдущим. Является памятью раздельного пользования. Чтобы узнать его величину, необходимо весь объем, отданный под кэширование данных, поделить на количество ядер, которое есть в процессоре.
  3. L3 cache. Медленный, но самый большой зависимый кэш. Обычно больше 24 Мбайт. Используется, чтобы синхронизировать данные, которые поступают от различных кэшей второго уровня.
  4. L4 cache. Использование оправдано только для высокопроизводительных многопроцессорных майнфреймов и серверов. Его реализуют в качестве отдельной микросхемы. Если вы задаёте вопрос о том, что такое кэширование данных в смартфоне «Самсунг» и ищете в нём этот уровень – могу сказать, что лет на 5 точно поторопились.

Ассоциативность кэша

Это фундаментальная характеристика. Ассоциативность кэшированных данных необходима для отображения логической сегментации. Она, в свою очередь, нужна из-за того, что последовательный перебор всех имеющихся строк занимает десятки тактов и сводит на нёт все преимущества. Поэтому используется жесткая привязка ячеек ОЗУ к данным кэша, для сокращения времени поиска. Если сравнивать промежуточные буферы, у которых одинаковый объем, но разная ассоциативность, то тот, у кого она большая, будет работать менее быстро, но с значительной удельной эффективностью.

Заключение

Как видите, кэшированные данные при определённых условиях позволяет вашему компьютеру действовать более быстро. Но, увы, существует ещё довольно много аспектов, над которыми можно работать длительное время.

Что такое кэш?

Кэш – это временные файлы или копии файлов и данных, сохраненные в памяти компьютера, телефона, сервера или браузера для быстрой загрузки по запросу пользователя, а также буфер обмена информации электронных устройств. Хотя название во всех случаях одинаковое, но принцип работы несколько отличается. В статье мы расскажем, в чем отличительные особенности разных типов кэша на разных устройствах.

Говоря простыми словами, кэш (cache) представляет собой копии файлов, которыми вы пользовались, для быстрого доступа к ним. Если вы их удалите, то телефон, компьютер или браузер создаст их снова сразу после использования той или иной программы.

Назначение и тип кэша

Кэшем зовут промежуточный буфер обмена с быстрым доступом, где содержится информация, которая может быть повторно запрошена. А процесс записи данных в кэш принято называть кэшированием. Извлечение данных из кэша занимает меньше времени, в сравнении с медленной памятью или из удаленных источников. Поэтому главное назначение кэша – снизить временную задержку при доступе к информации и увеличить быстродействие устройства, программы или операционной системы.

Кэширование и кэшированные данные

Выделяют два типа кэша:

Аппаратная реализация

Аппаратный кэш используется в электронных компонентах и мобильных устройствах – жестком диске, процессоре ПК или смартфона. В память с быстрым доступом помещаются и извлекаются копии часто используемых инструкций и записей. Причем если в HDD в качестве хранилища используется микросхема, то у центрального процессора для ПК или в составе мобильной платформы, кэш состоит из нескольких уровней именуемых L1, L2, L3 и т.д. Объем каждого последующего уровня кэша больше, при этом пропускная способность заметно ниже.

Организацию кэш-памяти центрального процессора для ПК рассмотрим на примере Intel Xeon E3-1240. Объем кэша L1 – 32 КБ на ядро, L2 – 256 КБ на ядро, а L3 – 8 МБ на все ядра. У более современных и многоядерных процессоров, объем памяти больше. Скорость чтения, записи и копирования, у каждого последующего уровня на 30-50% меньше. При этом пропускная способность самого медленного кэша L3 – в 6-8 раз выше, в сравнении с оперативной памятью.

Пропускная способность аппаратного кэша.

Принцип работы кэша следующий. Благодаря заложенным алгоритмам, процессор заранее просчитывает, какой тип данных потребуется, для чего извлекает заранее подготовленные записи. Если же расчет выполнен неверно или нужная запись отсутствует, цепочка действий выстраивается заново, а поиск требуемых данных выполняется в удаленных разделах памяти – кэш L2 или L3, оперативная память или HDD. В обоих случаях продолжительность обработки запроса увеличивается. Читайте подробнее о назначении кэша в процессоре.

Стоит отметить, что увеличить объем аппаратного кэша невозможно. И если для процессора это не критично, так как производитель устанавливает оптимальный объем памяти, то для жесткого диска лишней кэш память не будет. Поскольку часть памяти отведено под прошивку и микро ОС. Оптимальный объем 128 или 256 МБ.

Программная реализация

Программный кэш представляет собой область данных на диске, обычно папку, где приложения или операционная система хранит часто используемые файлы. При повторном запросе со стороны пользователя, программа ищет данные в кэше для оперативной загрузки. Если информация отсутствует или устарела, загрузка производится из внешних источников – интернета.

Стоит отметить, что на скорость считывания и загрузки данных из кэша влияет тип накопителя. Наивысшую скорость обеспечивают твердотельные диски – SSD, среднюю скорость демонстрируют гибридные решения SSD и HDD – HHD, наименьшая скорость у диска HDD.

Кэш в разных устройствах

Что такое кэш браузера

В браузере используется программная реализация кэширования на диск. Информация о просмотренных страницах сохраняется в выделенную область памяти. При следующем запросе, программа сначала ищет страницу в кэш-памяти. Если поиск удачен – загружает страницу, в ином случае скачивает повторно из интернета. Таким образом, достигается быстрая загрузка данных, что эффективно при слабом или отсутствующем подключении к интернету.

Из недостатков стоит отметить длительность поиска кэшированной страницы, на что влияет тип и загруженность накопителя, а так же общая конфигурация компьютера. На слабых машинах со старыми или изношенными дисками, скорость работы ощутимо ниже. Поэтому переполненную область данных рекомендуется периодически очищать. Узнайте подробнее как очистить кэш браузера, в нашем отдельном материале.

Что такое кэш на компьютере

На компьютере операционная система так же использует программную реализацию кэширования. Остаточные файлы обновления системы, отчеты различных служб, базы данных и т.д., обычно хранятся во временной выделенной области памяти на диске.

Статистика очистки памяти на компьютере

Так же на компьютере используется другой вид программного кэширования – файл подкачки. В скрытое от пользователя хранилище, игры и приложения записывают данные, что не поместились в оперативной памяти или что могут пригодиться позднее. Объем файла подкачки регулируется в операционной системе и позволяет частично компенсировать нехватку оперативной памяти.

Стоит отметить, что компьютер так же нуждается в удалении временных файлов для увеличения производительности. Смотрите детальнее как очистить кэш на компьютере.

Что такое кэш на телефоне

На телефоне, в частности с ОС Android, кэшем одновременно называют временные файлы, а так же дополнения к приложениям и играм. В первом случае, временные файлы образовываются в процессе работы программ. В число данных входят сохраненные страницы из интернета, миниатюры фотографий в галерее, отчеты о работе или сбоях и т.д.

Кэш в виде дополнения к играм или программам – неотъемлемая часть приложения для нормальной работы или доступа к дополнениям. В играх такой вид временных данных хранит текстуры, языковые пакеты, библиотеки и т.д. Если данные отсутствуют, то игра не запустится или не заработает на определенном этапе. В случае с программой, ограничения коснуться определенных функций.

В ОС Android кэш активных пользователей часто достигает 2 ГБ, что ощутимо заметно на устройствах, где 8 или 16 ГБ внутренней памяти. Для освобождения памяти или ускорения работы устройства, рекомендуется удалить ненужные файлы. Узнайте детальнее, как очистить кэш на андроиде в отдельной статье.

Данные кэша в телефоне.

Краткое резюме

  • Существует аппаратный и программный кэш.
  • Аппаратный кэш использует собственную память с быстрым доступом. Программный кэш – хранит данные в папке на диске.
  • Аппаратный кэш способствует увеличению производительности компьютера, за счет уменьшения обращений к оперативной и дисковой памяти. Программный кэш ускоряет загрузку ранее просмотренной информации.
  • Аппаратное увеличение кэш-памяти недоступно. Объем программной кэш-памяти ограничено свободным пространством на диске.
  • Для освобождения памяти и увеличения быстродействия системы, программный кэш рекомендуется периодически очищать.
  • Кэширование – процесс создания и сохранение в памяти копий файлов.
  • Кэшированные данные – сохраненные копии файлов программ, приложений, страниц и др.

Видео инструкции

В статье мы детально описали, что такое кэш. В чем различия, а так же как устроена работа кэш-памяти. Промежуточный буфер обмена информацией способствует повышению быстродействия и производительности. При этом программный кэш лучше очищать несколько раз в год, что бы исключить переполнения и замедления работы компьютера или телефона.

Какие у вас есть вопросы? Задавайте интересующий вас вопрос в комментариях.

Статья была Вам полезна?

Поставьте оценку — поддержите проект!

(10 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Что такое кэш в компьютере, телефоне, браузере и что такое кэширование сайта простыми словами

С появлением компьютера и развитием Интернета в наш лексикон ворвалось много новых терминов. Один из них – кэш. Что это такое простыми словами? Попробуем в этом разобраться.

«Самый простой и быстрый способ получать от 1000 рублей и более в день»

Общие понятия о кэше

Согласно Википедии, кэшем называют промежуточный буфер памяти, который содержит информацию с наибольшей вероятностью запроса. Скорость доступа к этой памяти гораздо больше, чем получение данных из исходного хранилища.

Часто кэшем называют также временные файлы и данные, хранящиеся в памяти компьютера, телефона, браузера или сервера.

Процесс сохранения информации в кэш называют кэшированием.

Для более ясного понимания, что такое кэш, можно привести такую аналогию.

Допустим вам нужно приготовить доклад на какую-то тему. Для этого вам нужны определенные документы, книги. Вы идете в библиотеку, выбираете нужные вам материалы, приносите домой и кладете на свой рабочий стол. Теперь для получения нужной информации достаточно протянуть руку и открыть соответствующую книгу. В данном случае рабочий стол играет роль кэша.

Назначение кэша – сократить время доступа к информации и, тем самым увеличить быстродействие компьютера или программы.

Кеширование применяется во многих случаях, когда нужно увеличить скорость работы с данными, поэтому реализовать его можно по-разному. Выделяют два способа кэширования:

  • Аппаратная реализация;
  • Программная реализация.

Рассмотрим эти способы немного подробнее.

Аппаратная реализация

Такой способ кэширования основан на использовании специального устройства памяти для хранения и быстрого извлечения информации.

Например, жесткий диск имеет специальную микросхему в качестве такого хранилища.

Сложную многоступенчатую систему кэширования имеет центральный процессор или мобильные устройства. Естественно, увеличить размер аппаратного кэша нельзя.

Программная реализация

При таком способе кэширования для временного сохранения данных выделяется область на диске, в которой ОС или приложение хранят часто используемые файлы. При каждом запросе пользователя программа сначала обращается за данными к кэшу, и, если эти данные отсутствуют, загружает их из удаленных источников, например, Интернета.

При программном кэшировании размер кэша зависит от размера свободного дискового пространства, а скорость загрузки – от типа носителя.

Кэширование на компьютере

Операционная система компьютера использует программное кэширование. В выделенной области диска хранятся различные временные файлы, которые возникают при работе компьютера.

Кэшированием можно назвать и использование так называемого файла подкачки, который создает ОС на диске ПК.

Как известно, при работе компьютера файлы программ и обрабатываемые данные загружаются в оперативную память для более быстрого доступа к ним. Но этой памяти может быть недостаточно, тогда часть данных отправляется в файл подкачки, который играет роль дополнительного ОЗУ. Объем этого файла регулируется ОС и тем самым компенсируется недостаток оперативной памяти.

Что такое кэш на телефоне

Современные телефоны и смартфоны также используют кэш в своей работе, но здесь это понятие несколько шире. Кэш на телефоне — это не только временные файлы, но и дополнения к программам и играм. Без них программы и игры будут иметь ограничения в работе, а в некоторых случаях даже не запустятся.

или

Что такое кэш браузера

Любой современный браузер (Chrome, Opera, Mozilla и т. д.) обязательно использует кэширование. Это необходимо для быстрой загрузки веб-страниц и экономии трафика. Это достаточно легко проверить. Если измерить время загрузки страницы при первом посещении сайта и время ее повторной загрузки, то они могут заметно отличаться, так как во втором случае многие файлы, составляющие эту страницу, будут загружаться из кэша на жестком диске вашего компьютера, а не из Интернета.

В браузере используется программное кеширование. Эта технология позволяет быстрее загружать и последующие страницы сайта, хотя заходим на них только первый раз. Объясняется это тем, что на них обязательно присутствуют повторяющиеся элементы (шапка, подвал, сайдбар и т. д.), которые уже сохранены в кэше после посещения одной страницы.

Кэширование браузером веб-страниц имеет и недостатки. Например, если мы посещаем много различных сайтов, то кэш оказывается заполненным информацией о них, а при заходе на новый сайт браузер сначала пытается найти информацию о нем в кэше и, только не найдя ничего, начинает загрузку из Интернета. В результате время загрузки оказывается даже больше, чем без кэширования. Поэтому кэш браузера необходимо периодически чистить.

Кэш центрального процессора

Процессоры имеют огромную скорость обработки данных, которую не может обеспечить оперативная память. Именно поэтому центральный процессор использует кэширование, при этом он имеет 2-3 уровня кэш-памяти, которые обозначаются L1-L2 (Level 1-3). Уровень L1 имеет наименьший объем, но наибольшую скорость работы. Он работает на той же частоте, что и процессор. Последующие уровни имеют соответственно меньшую скорость работы, но больший объем. Иногда кэш-память центрального процессора называют сверхоперативной памятью.

Очистка кэша

Нужно ли чистить кэш? Вернемся к нашей аналогии с библиотекой и рабочим столом.

Допустим, вы закончили свой доклад, но книги, которые взяли в библиотеке, еще не вернули, они остались на столе. Теперь вы начали готовить новый текст, для которого принесли новые книги и положили на стол. Ели продолжать в том же духе, то через некоторое время ваш рабочий стол будет завален книгами, большинство из которых вам уже не нужно, черновиками и т. д. Конечно, работать в этом случае будет труднее, и находить нужную информацию вы будете все медленнее. Поэтому ненужные книги нужно сдавать в библиотеку, а черновики выбрасывать.

Точно также нужно периодически чистить кэш, причем, когда говорится об очистке, имеется в виду программный кэш. Аппаратный кэш – это микросхемы, которые содержат данные только при работе компьютера, а при его выключении все автоматически исчезает.

Для очистки кэша существуют как встроенные, так и специальные программные средства. Рассмотрим некоторые, наиболее важные.

Как очистить кэш браузера

У каждого браузера в меню есть команда для очистки кэша. Найти ее несложно, но сделаю подсказки для наиболее распространенных браузеров.

Google Chrome

В правом верхнем углу браузера нажимаем на кнопку Меню, выбираем Настройки, открывшуюся вкладку прокручиваем вниз и открываем Дополнительные, здесь находим пункт Очистить историю.

В открывшемся окне ставим галочки для тех данных, которые нужно удалить, выбираем временной интервал и нажимаем Удалить данные.

Mozilla Firefox

Аналогично, заходим в Меню, открываем вкладку Настройки,

выбираем раздел Приватность и защита

и находим пункт Куки и данные сайтов.

После нажатия также в открывшемся окне выбираем, что нужно удалять.

Opera

Точно также идем в Меню Простые настройки и прокручиваем его до пункта Очистить историю посещений

После нажатия на кнопку открывается окно, в котором отмечаем данные,подлежащие удалению и жмем Удалить данные.

Универсальный метод

Если не хочется искать в меню нужную команду, можно использовать метод, который работает во всех браузерах. Это набор горячих клавиш

который сразу открывает нужное окно.

Существует много, так называемых, программ-«чистильщиков», предназначенных для очистки компьютера от разного рода «мусора» и ускорения его работы.

CCleaner — наиболее известная из них. Она предназначена для очистки и оптимизации компьютеров с ОС Windows.

С ее помощью можно удалить нежелательные или нерабочие файлы, недействительные или неверные записи в реестре и многое другое. Одна из функций – удаление кэшированных данных, созданных как операционной системой, так и различными приложениями, в первую очередь, браузерами.

CCleaner — программа очень полезная, и я считаю ее одной из обязательных для установки на компьютер.

Программа Glary Utilities

GU – еще одна универсальная программа для чистки и оптимизации ОС. Ее основные возможности, в основном, сходны с возможностями предыдущей программы. Хочу отметить очень удобную команду 1-Кликом, которая находится во второй вкладке окна программы. Эта кнопка запускает целую серию команд, в функции которых входит стандартная очистка ПК. Настраивать при этом ничего не нужно.

Программа имеет дружеский пользовательский интерфейс, что позволяет применять ее пользователям любого уровня. Она также входит в разряд рекомендованных мной.

Кэширование сайта

Этот вопрос наиболее актуален для веб-мастеров.

Страницы сайта могут кэшироваться на нескольких уровнях.

Большинство современных сайтов написаны на языке PHP и имеют динамические страницы, которые создаются «на лету» по запросу пользователя. Вкратце напомню, как это происходит.

После запроса посетителя сайта (то есть клика по ссылке на страницу) сервер обращается к базе данных и папкам, содержащим необходимые медиафайлы, файлы стилей, скриптов, находит нужную информацию и, используя команды, написанные на языке PHP, формирует HTML-страницу, актуальную на данный момент и для данного посетителя. Именно эту страницу и получает браузер. Так как большинство страниц изменяется редко или не изменяется совсем, сервер отправляет их в кэш, чтобы при последующих запросах не создавать их заново. Это заметно сокращает время загрузки.

Очень много (большая часть) сайтов создано с использованием различных CMS (WordPress, Joomla!, Drupal …). Для таких ресурсов уже разработаны готовые решения для кэширования в виде плагинов или расширений.

Например, самый популярный движок WordPress может использовать такие плагины кэширования:

  • WP Rocket,
  • W3 Total Cache,
  • WP Super Cache,
  • WP Fastest Cache,
  • Comet Cache,
  • Cache Enabler и многие другие.

Каждый из них имеет свои возможности и настройки. Я использую на своих сайтах плагин Hyper Cache. Он бесплатный, легко настраивается и неплохо справляется со своими обязанностями.

Другой уровень кэширования сайта уже описывался выше. Это кэш браузера, то есть сохранение информации на уровне клиента.

Все эти методы позволяют заметно увеличить скорость загрузки сайта, снизить нагрузку на сервер и сэкономить трафик. Но иногда кэширование мешает актуальному отображению страниц сайта, так как загружаются данные, которые устарели. Поэтому приходится очищать кэш вручную.

Итак, подводя итоги, можно сказать простыми словами, что кэш – это место для временного хранения информации, которая может быть затребована в ближайшее время. Он служит для ускорения доступа к данным, но для оптимальной работы его нужно периодически очищать.

Читать еще:  Компьютер уходит в перезагрузку при включении
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector