Кэширование что это такое


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.

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!

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.

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.

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%!

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

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.

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.

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

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.

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.

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.

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

www.internet-technologies.ru

What is Caching and How it Works | AWS

Database Caching CDN Caching Web Caching General Cache Session Management

In computing, a cache is a high-speed data storage layer which stores a subset of data, typically transient in nature, so that future requests for that data are served up faster than is possible by accessing the data’s primary storage location. Caching allows you to efficiently reuse previously retrieved or computed data.

The data in a cache is generally stored in fast access hardware such as RAM (Random-access memory) and may also be used in correlation with a software component. A cache's primary purpose is to increase data retrieval performance by reducing the need to access the underlying slower storage layer.

Trading off capacity for speed, a cache typically stores a subset of data transiently, in contrast to databases whose data is usually complete and durable.

ElastiCache Deep Dive: Best Practices and Usage Patterns

RAM and In-Memory Engines: Due to the high request rates or IOPS (Input/Output operations per second) supported by RAM and In-Memory engines, caching results in improved data retrieval performance and reduces cost at scale. To support the same scale with traditional databases and disk-based hardware, additional resources would be required. These additional resources drive up cost and still fail to achieve the low latency performance provided by an In-Memory cache.

Applications: Caches can be applied and leveraged throughout various layers of technology including Operating Systems, Networking layers including Content Delivery Networks (CDN) and DNS, web applications, and Databases. You can use caching to significantly reduce latency and improve IOPS for many read-heavy application workloads, such as Q&A portals, gaming, media sharing, and social networking. Cached information can include the results of database queries, computationally intensive calculations, API requests/responses and web artifacts such as HTML, JavaScript, and image files. Compute-intensive workloads that manipulate data sets, such as recommendation engines and high-performance computing simulations also benefit from an In-Memory data layer acting as a cache. In these applications, very large data sets must be accessed in real-time across clusters of machines that can span hundreds of nodes. Due to the speed of the underlying hardware, manipulating this data in a disk-based store is a significant bottleneck for these applications.

Design Patterns: In a distributed computing environment, a dedicated caching layer enables systems and applications to run independently from the cache with their own lifecycles without the risk of affecting the cache. The cache serves as a central layer that can be accessed from disparate systems with its own lifecycle and architectural topology. This is especially relevant in a system where application nodes can be dynamically scaled in and out. If the cache is resident on the same node as the application or systems utilizing it, scaling may affect the integrity of the cache. In addition, when local caches are used, they only benefit the local application consuming the data. In a distributed caching environment, the data can span multiple cache servers and be stored in a central location for the benefit of all the consumers of that data.

Caching Best Practices: When implementing a cache layer, it’s important to understand the validity of the data being cached. A successful cache results in a high hit rate which means the data was present when fetched. A cache miss occurs when the data fetched was not present in the cache. Controls such as TTLs (Time to live) can be applied to expire the data accordingly. Another consideration may be whether or not the cache environment needs to be Highly Available, which can be satisfied by In-Memory engines such as Redis. In some cases, an In-Memory layer can be used as a standalone data storage layer in contrast to caching data from a primary location. In this scenario, it’s important to define an appropriate RTO (Recovery Time Objective--the time it takes to recover from an outage) and RPO (Recovery Point Objective--the last point or transaction captured in the recovery) on the data resident in the In-Memory engine to determine whether or not this is suitable. Design strategies and characteristics of different In-Memory engines can be applied to meet most RTO and RPO requirements.

Amazon ElastiCache is a web service that makes it easy to deploy, operate, and scale an in-memory data store or cache in the cloud. The service improves the performance of web applications by allowing you to retrieve information from fast, managed, in-memory data stores, instead of relying entirely on slower disk-based databases. Learn how you can implement an effective caching strategy with this technical whitepaper on in-memory caching.

Because memory is orders of magnitude faster than disk (magnetic or SSD), reading data from in-memory cache is extremely fast (sub-millisecond). This significantly faster data access improves the overall performance of the application.

A single cache instance can provide hundreds of thousands of IOPS (Input/output operations per second), potentially replacing a number of database instances, thus driving the total cost down. This is especially significant if the primary database charges per throughput. In those cases the price savings could be dozens of percentage points.

By redirecting significant parts of the read load from the backend database to the in-memory layer, caching can reduce the load on your database, and protect it from slower performance under load, or even from crashing at times of spikes.

A common challenge in modern applications is dealing with times of spikes in application usage. Examples include social apps during the Super Bowl or election day, eCommerce websites during Black Friday, etc. Increased load on the database results in higher latencies to get data, making the overall application performance unpredictable. By utilizing a high throughput in-memory cache this issue can be mitigated.

In many applications, it is likely that a small subset of data, such as a celebrity profile or popular product, will be accessed more frequently than the rest. This can result in hot spots in your database and may require overprovisioning of database resources based on the throughput requirements for the most frequently used data. Storing common keys in an in-memory cache mitigates the need to overprovision while providing fast and predictable performance for the most commonly accessed data.

In addition to lower latency, in-memory systems also offer much higher request rates (IOPS) relative to a comparable disk-based database. A single instance used as a distributed side-cache can serve hundreds of thousands of requests per second.

  • Privacy
  • |
  • Site Terms
  • |
  • © 2019, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved.

aws.amazon.com

Что такое «кэш» и как его очистить? Просто о сложном | CHIP

Кэш — это термин из области программирования. С помощью этой штуки обеспечивается быстрый доступ к страницам интернета и некоторых программ без необходимости непрерывных перерасчетов. По сути, он работает как буферная память.

Термин «кэш» первоначально происходит из французского языка и означает «укрытие». Он так называется, потому что скрыт от пользователя. В большинстве случаев этот термин применяется в отношении браузеров. Но у другого программного обеспечения также может быть свой кэш.

Чистка кэша в Mozilla Firefox

Например, если вы открываете сайт ICHIP.ru, в браузере сохраняется базовое содержимое веб-сайта — и все это находится на вашем компьютере. Этот процесс работает в фоновом режиме и незаметен для пользователя. Если вы позже вернетесь на наш сайт, содержимое кэша будет загружено с ПК. Такое технологическое решение позволяет загрузить сайт намного быстрее.

В прошлом применение кэша преследовало также цель минимизировать плату за интернет, когда она рассчитывалась по объему трафика. Сегодня кэш больше не экономит деньги, но на медленных компьютерах с медленным подключением к интернету так экономится время.

Почему надо очищать кэш?

Очистка кэша в Chrome

Существует несколько причин, по которым имеет смысл время от времени очищать кэш.

Причина 1. Он действует как своего рода кратковременная память браузера. Если кэш должен хранить все больше и больше информации, это может замедлить работу компьютера.

Причина 2. Если вы хотите сохранить определенную конфиденциальность в интернете, необходимо регулярно очищать кэш. Конечно, после этой операции вам придется снова входить в аккаунты во всех соцсетях, но ничего страшного, зато память потренируете.

Причина 3. Иногда кэшированные файлы препятствуют отображению актуального содержимого сайтов, так как загружаются устаревшие сохраненные данные. Вот почему фоновую память необходимо очищать вручную.

Очистка кэша: вот как это работает

Теперь мы поэтапно объясним, как очистить кэш.

  • Откройте браузер.
  • Удерживайте клавиши «Ctrl» + «Shift» + «Delete», чтобы очистить кэш.
  • Очистите его, выбрав необходимые параметры.

Это сочетание клавиш работает совершенно одинаково во всех популярных браузерах. В большинстве из них вы можете выбрать, что именно из сохраненной в кэше информации следует удалить. Например, вы можете уничтожить все, кроме сохраненных паролей.

Очистка кэша в Opera.

Кэш нужно удалять не только в браузерах. Даже программы и системы, такие как Mac OS X, Outlook, Spotify и Xbox One можно избавить от кэша.

Читайте также: 

Фото: ICHIP.ru, pixabay.com

ichip.ru

Как очистить кэш браузера и зачем это нужно?

Когда мы готовим свой сайт к представлению аудитории, то стараемся проработать каждую мелочь. Подходящий шрифт, дизайн социальных кнопок, логотип и сочетание цветов – всё это должно быть обдумано и реализовано.

Однако каким бы ни было визуальное оформление, технические характеристики гораздо важнее, а одна из наиболее весомых – быстродействие. Именно для улучшения этого параметра веб-мастера настраивают кэширование.

Выступая в роли обычных пользователей, мы не сталкиваемся с проблемами настройки кэширования своего ресурса. Однако часто возникают ситуации, когда необходимо знать, как очистить кэш браузера. О том, когда и как это делать пойдет речь в данной статье.

Путешествуя по просторам Всемирной паутины, мы посещаем огромное количество сайтов, где просматриваем текст, картинки, видеозаписи. Когда интернет-страница открывается в браузере впервые, то вся информация (текстовая и графическая) загружается с сервера, на котором расположен ресурс.

Если же веб-мастер настроил кэширование, то после первого просмотра данные будут сохраняться в специальном разделе на жестком диске компьютера пользователя (этот раздел и называется кеш браузера).

Оценить возможности, которые дает кэш, вы можете, пронаблюдав за самым обычным явлением – загрузкой главной страницы какого-либо ресурса, используя мобильный интернет. Наберите в поиске любой запрос и перейдите по одной из ссылок. Когда страница веб-ресурса загрузится, вернитесь назад и снова перейдите по ссылке.

Главная страница сайта появится на экране гораздо быстрее. Причина этого заключается в следующем: браузер загружает данные из кэша, который расположен в памяти вашего устройства, что, согласитесь, гораздо ближе, чем сервер за тридевять земель.

Стоит также отметить, что далеко не всё содержимое сайта кэшируется. Настройки кэша выставляются каждым веб-мастером по собственному усмотрению. Если же информационный ресурс создается при помощи CMS (WordPress, Joomla, Drupal), то разработчику, как правило, доступны уже готовые решения по обеспечению кеширования в виде плагинов (которые имеют стандартные установки и часто не нуждаются в дополнительных настройках).

В CMS WordPress, к примеру, широкую популярность обрели плагины WP Super Cache и W3 Total Cache.

Когда вы очищаете кэш, то удаляете все графические и текстовые данные, полученные с посещенных ранее сайтов. То есть, при загрузке страниц информационных ресурсов, браузер снова будет брать все данные непосредственно с сервера.

Теперь, когда стало ясно, что значит очистить кэш браузера, разберемся с причинами необходимости выполнения такой процедуры:

Когда вы сталкиваетесь с разработкой информационного ресурса, то очистка кэша – настолько привычная и регулярная процедура, что проводится абсолютно «на автомате» (ведь сайт всё время меняется, а результат нужно увидеть сразу же).

Если же вы рассматриваете себя в роли пользователя, то в этом случае необходимость чистить кэш возникает гораздо реже. Однако, не удаляя кэш, вы не увидите многие обновления на сайтах (через какое-то время, конечно, увидите, но это может быть месяц, а может и полгода, в зависимости от того, какую длительность хранения кэша сайта установил веб-мастер).

Также не стоит забывать и о том, что копии страниц, сохраненные браузером, имеют кое-какой вес. Кроме того, каждый браузер имеет свой собственный кэш, то есть, открыв веб-ресурс в Гугл Хром, а затем в Firefox, вы создадите на своем компьютере 2 копии одних и тех же страниц. А если сайтов посещено тысячи, и кэш не очищался несколько месяцев, то место, занимаемое копиями, будет довольно существенное.

Рассмотрим удаление кэша в некоторых популярных на сегодняшний день браузерах:

Заходим в меню браузера, после чего ищем пункт «Сервис». Нажимаем «Удалить журнал обозревателя», а в появившемся окне ставим галочку только напротив пункта «Временные файлы интернета». Жмем «Удалить».

Переходим в меню и выбираем пункт «Настройки». Открываем вкладку «Дополнительные» и ищем в ней пункт «Сеть». Перейдя к содержимому, видим, среди прочего, надпись «Кэшированное веб-содержимое», напротив которой расположена кнопка «Очистить сейчас». Жмем по заветной кнопке и процесс завершен.

Для того чтобы очистить кэш в браузере Хром, заходим в меню и открываем пункт «Инструменты». Нажимаем на «Показать дополнительные настройки», после чего кликаем по «Очистить историю». Если нужно очистить весь кэш, то указываем период «За всё время», а галочку ставим только напротив пункта «Изображения и другие файлы, сохраненные в кэше». Жмем на «Очистить историю».

Заходим в раздел «Настройки», кликаем на «Безопасность». Нажимаем на «Очистить историю посещений», а в разделе «Уничтожить следующие элементы» стоит выбрать «С самого начала» (если хотим очистить весь кэш). Ставим галочку только напротив «Очистить кэш» и нажимаем на «Очистить историю». Процесс завершен.

Для того чтобы очистить кэш в Яндекс.Браузере, заходим в меню и выбираем вкладку «Инструменты». Переходим в «Удаление данных о просмотренных страницах».

Чтобы очистить весь кэш, в выпадающем списке рядом с надписью «Удалить указанные ниже элементы» выбираем «За все время». Ставим отметку только напротив пункта «Очистить кэш» и кликаем по кнопке «Очистить историю».

Таким образом, очистка кэша позволяет освободить место на жестком диске компьютера, поэтому не стоит лениться совершить несколько кликов мышкой.

www.internet-technologies.ru

Кэш - это... Что такое Кэш?

Кэш[1][2][3] или кеш[4][5][6] (англ. cache, от фр. cacher — «прятать»; произносится [kæʃ] — «кэш») — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из оперативной (ОЗУ) и быстрее внешней (жёсткий диск или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы.

Впервые слово «cache» 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 «cache». Статья была опубликована в начале 1968 года, авторы были премированы IBM, их работа получила распространение и впоследствии была улучшена, а слово «кэш» вскоре стало использоваться в компьютерной литературе как общепринятый термин.[7]

Функционирование

Диаграмма кэша памяти ЦПУ

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, веб-серверами, службами DNS и WINS.

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 найдена запись, содержащая затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становится 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.

Аппаратная реализация

Кэш центрального процессора

Основная статья: Кэш процессора

В связи с ростом частоты, на которой функционируют процессоры, и повышением производительности подсистемы оперативной памяти (ОЗУ), «бутылочным горлышком» вычислительной системы стал интерфейс передачи данных.

Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности в случае, когда тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты процессора. Ряд моделей процессоров обладают собственным кэшем для минимизации времени доступа к оперативной памяти (ОЗУ), которая медленнее, чем регистры (эти регистры и буфера ввода/вывода могут считаться кэшем нулевого уровня). Тактовая частота для кэш-памяти обычно ненамного меньше частоты ЦП.

В процессорах с поддержкой виртуальной адресации часто вводят небольшой быстродействующий буфер трансляций адресов (TLB). Его скорость важна, так как он опрашивается на каждом обращении в память.

Проблема синхронизации между различными кэшами (как одного, так и множества процессоров) решается когерентностью кэша.

Существует три варианта обмена информацией между кэш-памятью различных уровней, или, как говорят, кэш-архитектуры: инклюзивная, эксклюзивная и неэксклюзивная.

Инклюзивная архитектура предполагает дублирование информации кэша верхнего уровня в нижнем (предпочитает фирма Intel).

Эксклюзивная кэш-память предполагает уникальность информации, находящейся в различных уровнях кэша (предпочитает фирма AMD).

В неэксклюзивной кэши могут вести себя как угодно.

Уровни кэша

Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Максимальное количество кэшей — четыре. В универсальном процессоре в настоящее время число уровней может достигать трёх. Кэш-память уровня N+1, как правило, больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

  • Самым быстрым является кэш первого уровня — L1 cache (level 1 cache). По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. В современных процессорах обычно L1 разделен на два кэша — кэш команд (инструкций) и кэш данных (Гарвардская архитектура). Большинство процессоров без L1 не могут функционировать. L1 работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт. Зачастую является возможным выполнять несколько операций чтения/записи одновременно.
  • Вторым по быстродействию является кэш второго уровня — L2 cache, который обычно, как и L1, расположен на одном кристалле с процессором. В ранних версиях процессоров L2 реализован в виде отдельного набора микросхем памяти на материнской плате. Объём L2 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 nM Мбайт на каждое ядро приходится по nM/nC Мбайта, где nC — количество ядер процессора.
  • Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть очень большим — более 24 Мбайт. L3 медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2.
  • Существует четвёртый уровень кэша, применение которого оправдано только для многопроцессорных высокопроизводительных серверов и мейнфреймов. Обыкновенно он реализован в виде отдельной микросхемы.
Ассоциативность кэша

Одна из фундаментальных характеристик кэш-памяти — уровень ассоциативности — отображает её логическую сегментацию, которая вызвана тем, 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.

При одинаковом объёме кэша, схема с большей ассоциативностью будет наименее быстрой, но наиболее эффективной (после четырёхпотоковой реализации, прирост «удельной эффективности» на один поток растет мало).

Кэширование внешних накопителей

Многие периферийные устройства хранения данных используют внутренний кэш для ускорения работы, в частности, жёсткие диски используют кэш-память от 1 до 64 Мбайт (модели с поддержкой NCQ/TCQ используют её для хранения и обработки запросов), устройства чтения CD/DVD/BD-дисков также кэшируют прочитанную информацию для ускорения повторного обращения.

Операционная система также использует часть оперативной памяти в качестве кэша дисковых операций (например, для внешних устройств, не обладающих собственной кэш-памятью, в том числе жёстких дисков, flash-памяти и гибких дисков). Часто для кэширования жёстких дисков предоставляется вся свободная (не выделенная процессам) оперативная память.

Применение кэширования внешних накопителей обусловлено следующими факторами:

  1. скорость доступа процессора к оперативной памяти во много раз больше, чем к памяти внешних накопителей;
  2. производительность дисковых устройств хранения (жесткие, гибкие, оптические диски) максимальна при чтении-записи нескольких последовательно расположенных блоков и значительно уменьшается при одиночных запросах в разные места диска, что связано с инерцией механического привода головки.
  3. крайне неравномерная частота обращения к различным блокам памяти внешних накопителей:
    1. использование части блоков несколькими процессами одновременно, по чтению и записи (например, в базах данных)
    2. очень частое чтение части блоков (индексные файлы, каталоги в файловой системе)
    3. очень частая запись части блоков (файлы логов, журналов, баз данных; метаданные файловой системы).

При чтении кэш позволяет прочитать блок один раз, затем хранить одну копию блока в оперативной памяти для всех процессов и выдавать содержимое блока «мгновенно» (по сравнению с запросом к диску). Существует техника «предзапроса» — в фоновом режиме операционной системой считываются в кэш также несколько следующих блоков (после нужного).

При записи кэш позволяет сгруппировать короткие записи в более крупные, которые эффективнее обрабатываются накопителями, либо избежать записи промежуточных модификаций. При этом все промежуточные состояния блока видны процессам из оперативной памяти.

Кэширование внешних устройств хранения значительно увеличивает производительность системы за счёт оптимизации использование ввода-вывода. Преимуществом технологии является прозрачная (незаметная для программ) автоматическая оптимизация использования памяти-дисков при неизменности логики приложений, работающих с файлами.

Недостатком кэширования записи является промежуток времени между запросом на запись от программы и фактической записью блока на диск, а также изменение порядка выполнения записей, что может приводить к потерям информации или несогласованности структур при сбое питания или зависании системы. Данная проблема сглаживается принудительной периодической синхронизацией (записью изменённых строк кэша) и журналированием файловых систем.

Программная реализация

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):

  1. Сквозная запись — запись производится непосредственно в основную память (и дублируется в кэш), то есть запись не кэшируется.
  2. Отложенная запись — запись данных производится в кэш. Запись же в основную память производится позже (при вытеснении или по истечению времени), группируя в одной операции несколько операций записи в соседние ячейки. Технология обратной записи на некоторое время делает данные в основной памяти неактуальными, для самого ЦП эти неактуальности не заметны, но перед обращением к памяти другого ведущего системной шины (контроллера DMA, bus-master-устройства шины PCI) кэш должен быть записан в память принудительно. При использовании обратной записи в многопроцессорной системе кэши различных ЦП должны быть согласованы (или процессоры должны использовать одну кэш-память).
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.

Таким образом:

  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

Основная статья: Алгоритмы кэширования

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

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

Применение того или иного алгоритма зависит от стратегии кэширования данных. LRU наиболее эффективен, если данные гарантированно будут повторно использованы в ближайшее время. MRU наиболее эффективен, если данные гарантированно не будут повторно использованы в ближайшее время. В случае, если приложение явно указывает стратегию кэширования для некоторого набора данных, то кэш будет функционировать наиболее эффективно.

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.

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 HTTP-заголовков.

Как вариант, кэширование веб-страниц может осуществляться с помощью CMS конкретного сайта для снижения нагрузки на сервер при большой посещаемости (например, кэширование часто стало использоваться Vkontakte). Кэширование может производиться как в память, так и в файловый кэш (кэш на файлах).[8] Недостаток кеширования заключается в том, что изменения внесенные на одном браузере могут не сразу отражаться в другом браузере, в котором данные берутся из кеш-памяти.

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.

См. также

Примечания

  1. ↑ Большой толковый словарь русского языка / Автор, сост. и гл. ред. С. А. Кузнецов. Институт лингвистических исследований РАН, 2000
  2. ↑ Захаренко Е. Н., Комарова Л. Н., Нечаева И. В. Новый словарь иностранных слов. М.: 2003
  3. ↑ Толковый словарь по вычислительной технике. Microsoft Press, из-во «Русская Редакция», 1995
  4. ↑ Русский орфографический словарь: около 180 000 слов / Российская академия наук. Институт русского языка им. В. В. Виноградова / О. Е. Иванова, В. В. Лопатин (отв. ред.), И. В. Нечаева, Л. К. Чельцова. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: 2004. — 960 с.
  5. ↑ Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд. физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В. Поттосин. — М.: Финансы и статистика, 1991. — 543 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-279-00367-0
  6. ↑ Борковский А. Б. Англо-русский словарь по программированию и информатике (с толкованиями). — М.: Русский язык, 1990. — 335 с. — 50 050 (доп,) экз. — ISBN 5-200-01169-3
  7. ↑ G. C. Stierhoff, A. G. Davis. A History of the IBM Systems Journal // IEEE Annals of the History of Computing. — январь 1998. — Т. 20. — № 1. — С. 29—35. — DOI:10.1109/85.646206
  8. ↑ Распределенные ОС

  • М. Дж. Бах. Архитектура операционной системы UNIX

dic.academic.ru

Что такое кэш (Cache) сайта? Какие виды бывают кэширования?

Если вы работали над ускорением своего сайта, то наверняка слышали про понятие Кэш. Это та штука, которая помогает ускорить ваш сайт. Но что именно это такое, как он работает? Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.

Что такое Кэш (Cache)?

Для начала, давайте глянем значение этого слова в англо-русском словаре.

Cache – тайник, тайный склад, запас провианта.

Но если говорить про сache сайта, то определение будет несколько другим. Cache сайта – это программный или аппаратный компонент, который содержит данные сайта, для дальнейшего ускоренного обращения к сайту.

Разделяют две основные техники кэширования: полностраничное кэширование, и частичное кэширование (фрагментарное). Оба эти названия, говорят сами за себя, в одном из них, сохраняется вся страница, в другом, только фрагменты страницы, например, тяжелые картинки.

Вообще, скорость загрузки сайтов, это один из важный параметров SEO оптимизации сайтов. Подробнее о том, что такое скорость сайта, и как она влияет на продвижение сайтов, читайте здесь.

И один из главных инструментов, для ускорения сайта, это использование кэша. Если вы правильно настроите кэширование, то ваш сайт будет загружаться быстрее, а ваши посетители, будут довольны, что в конечном итоге, приведет к более высоким позициям в поисковой выдаче.

А теперь, давайте посмотрим на два основных типа кеширования, которые применяются для ускорения сайтов.

1.Кэширование в браузере.

Кэш браузера, это временное хранилище файлов на компьютере пользователя. В это хранилище складываются файлы, такие как: HTML, JavaScript, CSS, картинки.

После того, как пользователь посетил сайт в первый раз, браузер пользователя сохраняет ряд данных с этой страницы. В последующих посещениях, эти страницы не выкачиваются из интернета, а достаются напрямую из диска пользователя. Что приводит уменьшению интернет-трафика и ускорению загрузки страницы сайта.

Тем самым, кэширование в браузере, увеличивает скорость тех страниц сайтов, которые уже до этого посещались.

Но давайте представим себе ситуацию. Посетитель один раз зашел на определенную страницу сайта. Затем, вебмастер изменил ее. Но что тогда, увидит посетитель? Старую версию сайта?

Для того, чтобы избежать подобного рода неприятностей, большинство сайтов используют два тега в работе — ETag и Expire Tag.

ETag сравнивает обе версии сайтов. Ту, что загружена в компьютере, и ту, что на сайте. Если версии разные, то идет загрузка всей страницы сайта с интернета. Ну а если изменений не было, то загружается страница с компьютера пользователя.

Expire Tag указывает время, после которого, страница сайта сама удалится с кеша браузера пользователя. Вебмастер может установить значение этого тэга.

Также пользователь сам может очистить кэш своего браузера. Это можно сделать либо с помощью нажатия сочетаний клавиш, либо с помощью меню браузера.

 Windows: ctrl + F5

Mac/Apple: Apple + R or command + R

Linux: F5

2.Кэширование на стороне сервера.

Кэширование на стороне сервера ускоряет сайт для всех, а не только для повторных посещений. Вот как это работает: когда браузер отправляет запрос на показ страницы сайта, сервер обрабатывает его, формирует страницу (с использованием веб языков программирования) и отправляет страницу браузеру.

При повторном запросе, сервер уже отправляет готовую страницу, где все страницы уже сформированы. Тем самым, самый первый запрос к страницу, тоже будет медленней, но уже второй запрос, будет производится быстрее.

Отличие этого варианта от первого в том, что в данном случае, вторая загрузка не обязательно должна идти от того же пользователя. Вторая загрузка может идти из любой точки планеты.

Еще большим уровнем использования кэширования на стороне сервера, является использование системы CDN.

Кэширование и CDN.

CDN – сеть доставки контента (Content delivery (distribution) network). Если сервер сайта находится в Москве, а пользователь, который решил посмотреть сайт, находится в Нью-Йорке, то на загрузку страницы сайта, уйдет времени больше, чем если бы, пользователь был из Москвы. По пути доставки, данные могут проходить через десятки, сотни различных служб доставки. И на это требуется время.

Поэтому была разработана система CDN. Это сеть разбросанных по всему миру серверов, чья главная задача, обеспечить более высокую скорость доставки к пользователю. Тем самым, загрузка сайта из Нью-Йорка, будет происходить с серверов в США. А загрузка сайта из России, будет происходить из серверов, расположенных в России.

Как включить кэширование?

В первую очередь, это надо сделать у своего хостинг провайдера. Многие хостинги имеют дополнительную услугу по кэшированию сайтов. Но чаще это базовая опция на нормальном хостинге. Например, на хостинге FastVPS, на котором расположен мой сервер, кеширование настраивается для каждого домена. Делается это в настройках WWW-домена

Для того, что бы угодить тестам PageSpeed Insights мне пришлось поставить большое период кеширования. При добавлении новых статей, баннеров, элементов дизайна я обязательно делаю сброс кеша. Иначе постоянные юзеры могут увидеть изменения не сразу.

Если у вас другой хостинг провайдер, то вы можете узнать у них в тех поддержке.

Но это первый уровень. Но если у вас сайт на CMS WordPress, то вы можете подключать и использовать различные плагины кэширования. Напрамер, плагин W3 Total Cache (сокращенно W3TC). Он имеет массу настроек по управлению кэшированием сайта. Подробнее о настройке этого плагина, читайте в статье — Ускорение загрузки сайта на WordPress.

(Пока оценок нет) Загрузка...

life-webmaster.ru


Смотрите также

Календарь

ПНВТСРЧТПТСБВС
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31      

Мы в Соцсетях

 

vklog square facebook 512 twitter icon Livejournal icon
square linkedin 512 20150213095025Одноклассники Blogger.svg rfgoogle