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緩存協助的機制

發布時間: 2022-05-10 03:11:50

㈠ 什麼是"緩存",有什麼作用都有什麼規格的

CPU緩存(Cache Memory)是位於CPU與內存之間的臨時存儲器,它的容量比內存小但交換速度快。在緩存中的數據是內存中的一小部分,但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的,當CPU調用大量數據時,就可避開內存直接從緩存中調用,從而加快讀取速度。由此可見,在CPU中加入緩存是一種高效的解決方案,這樣整個內存儲器(緩存+內存)就變成了既有緩存的高速度,又有內存的大容量的存儲系統了。緩存對CPU的性能影響很大,主要是因為CPU的數據交換順序和CPU與緩存間的帶寬引起的。

緩存的工作原理是當CPU要讀取一個數據時,首先從緩存中查找,如果找到就立即讀取並送給CPU處理;如果沒有找到,就用相對慢的速度從內存中讀取並送給CPU處理,同時把這個數據所在的數據塊調入緩存中,可以使得以後對整塊數據的讀取都從緩存中進行,不必再調用內存。

正是這樣的讀取機制使CPU讀取緩存的命中率非常高(大多數CPU可達90%左右),也就是說CPU下一次要讀取的數據90%都在緩存中,只有大約10%需要從內存讀取。這大大節省了CPU直接讀取內存的時間,也使CPU讀取數據時基本無需等待。總的來說,CPU讀取數據的順序是先緩存後內存。

最早先的CPU緩存是個整體的,而且容量很低,英特爾公司從Pentium時代開始把緩存進行了分類。當時集成在CPU內核中的緩存已不足以滿足CPU的需求,而製造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量。因此出現了集成在與CPU同一塊電路板上或主板上的緩存,此時就把 CPU內核集成的緩存稱為一級緩存,而外部的稱為二級緩存。一級緩存中還分數據緩存(Data Cache,D-Cache)和指令緩存(Instruction Cache,I-Cache)。二者分別用來存放數據和執行這些數據的指令,而且兩者可以同時被CPU訪問,減少了爭用Cache所造成的沖突,提高了處理器效能。英特爾公司在推出Pentium 4處理器時,用新增的一種一級追蹤緩存替代指令緩存,容量為12KμOps,表示能存儲12K條微指令。

隨著CPU製造工藝的發展,二級緩存也能輕易的集成在CPU內核中,容量也在逐年提升。現在再用集成在CPU內部與否來定義一、二級緩存,已不確切。而且隨著二級緩存被集成入CPU內核中,以往二級緩存與CPU大差距分頻的情況也被改變,此時其以相同於主頻的速度工作,可以為CPU提供更高的傳輸速度。

二級緩存是CPU性能表現的關鍵之一,在CPU核心不變化的情況下,增加二級緩存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二級緩存上有差異,由此可見二級緩存對於CPU的重要性。

CPU在緩存中找到有用的數據被稱為命中,當緩存中沒有CPU所需的數據時(這時稱為未命中),CPU才訪問內存。從理論上講,在一顆擁有二級緩存的CPU中,讀取一級緩存的命中率為80%。也就是說CPU一級緩存中找到的有用數據占數據總量的80%,剩下的20%從二級緩存中讀取。由於不能准確預測將要執行的數據,讀取二級緩存的命中率也在80%左右(從二級緩存讀到有用的數據占總數據的16%)。那麼還有的數據就不得不從內存調用,但這已經是一個相當小的比例了。目前的較高端的CPU中,還會帶有三級緩存,它是為讀取二級緩存後未命中的數據設計的—種緩存,在擁有三級緩存的CPU中,只有約5%的數據需要從內存中調用,這進一步提高了CPU的效率。

為了保證CPU訪問時有較高的命中率,緩存中的內容應該按一定的演算法替換。一種較常用的演算法是「最近最少使用演算法」(LRU演算法),它是將最近一段時間內最少被訪問過的行淘汰出局。因此需要為每行設置一個計數器,LRU演算法是把命中行的計數器清零,其他各行計數器加1。當需要替換時淘汰行計數器計數值最大的數據行出局。這是一種高效、科學的演算法,其計數器清零過程可以把一些頻繁調用後再不需要的數據淘汰出緩存,提高緩存的利用率。

CPU產品中,一級緩存的容量基本在4KB到64KB之間,二級緩存的容量則分為128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。一級緩存容量各產品之間相差不大,而二級緩存容量則是提高CPU性能的關鍵。二級緩存容量的提升是由CPU製造工藝所決定的,容量增大必然導致CPU內部晶體管數的增加,要在有限的CPU面積上集成更大的緩存,對製造工藝的要求也就越高。

雙核心CPU的二級緩存比較特殊,和以前的單核心CPU相比,最重要的就是兩個內核的緩存所保存的數據要保持一致,否則就會出現錯誤,為了解決這個問題不同的CPU使用了不同的辦法:

Intel雙核心處理器的二級緩存
目前Intel的雙核心CPU主要有Pentium D、Pentium EE、Core Duo三種,其中Pentium D、Pentium EE的二級緩存方式完全相同。Pentium D和Pentium EE的二級緩存都是CPU內部兩個內核具有互相獨立的二級緩存,其中,8xx系列的Smithfield核心CPU為每核心1MB,而9xx系列的Presler核心CPU為每核心2MB。這種CPU內部的兩個內核之間的緩存數據同步是依靠位於主板北橋晶元上的仲裁單元通過前端匯流排在兩個核心之間傳輸來實現的,所以其數據延遲問題比較嚴重,性能並不盡如人意。
Core Duo使用的核心為Yonah,它的二級緩存則是兩個核心共享2MB的二級緩存,共享式的二級緩存配合Intel的「Smart cache」共享緩存技術,實現了真正意義上的緩存數據同步,大幅度降低了數據延遲,減少了對前端匯流排的佔用,性能表現不錯,是目前雙核心處理器上最先進的二級緩存架構。今後Intel的雙核心處理器的二級緩存都會採用這種兩個內核共享二級緩存的「Smart cache」共享緩存技術。

AMD雙核心處理器的二級緩存
Athlon 64 X2 CPU的核心主要有Manchester和Toledo兩種,他們的二級緩存都是CPU內部兩個內核具有互相獨立的二級緩存,其中,Manchester核心為每核心512KB,而Toledo核心為每核心1MB。處理器內部的兩個內核之間的緩存數據同步是依靠CPU內置的System Request Interface(系統請求介面,SRI)控制,傳輸在CPU內部即可實現。這樣一來,不但CPU資源佔用很小,而且不必佔用內存匯流排資源,數據延遲也比Intel的Smithfield核心和Presler核心大為減少,協作效率明顯勝過這兩種核心。不過,由於這種方式仍然是兩個內核的緩存相互獨立,從架構上來看也明顯不如以Yonah核心為代表的Intel的共享緩存技術Smart Cache。
緩存(Cache memory)是硬碟控制器上的一塊內存晶元,具有極快的存取速度,它是硬碟內部存儲和外界介面之間的緩沖器。由於硬碟的內部數據傳輸速度和外界介面傳輸速度不同,緩存在其中起到一個緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關繫到硬碟的傳輸速度的重要因素,能夠大幅度地提高硬碟整體性能。當硬碟存取零碎數據時需要不斷地在硬碟與內存之間交換數據,如果有大緩存,則可以將那些零碎數據暫存在緩存中,減小外系統的負荷,也提高了數據的傳輸速度。

硬碟的緩存主要起三種作用:一是預讀取。當硬碟受到CPU指令控制開始讀取數據時,硬碟上的控制晶元會控制磁頭把正在讀取的簇的下一個或者幾個簇中的數據讀到緩存中(由於硬碟上數據存儲時是比較連續的,所以讀取命中率較高),當需要讀取下一個或者幾個簇中的數據的時候,硬碟則不需要再次讀取數據,直接把緩存中的數據傳輸到內存中就可以了,由於緩存的速度遠遠高於磁頭讀寫的速度,所以能夠達到明顯改善性能的目的;二是對寫入動作進行緩存。當硬碟接到寫入數據的指令之後,並不會馬上將數據寫入到碟片上,而是先暫時存儲在緩存里,然後發送一個「數據已寫入」的信號給系統,這時系統就會認為數據已經寫入,並繼續執行下面的工作,而硬碟則在空閑(不進行讀取或寫入的時候)時再將緩存中的數據寫入到碟片上。雖然對於寫入數據的性能有一定提升,但也不可避免地帶來了安全隱患——如果數據還在緩存里的時候突然掉電,那麼這些數據就會丟失。對於這個問題,硬碟廠商們自然也有解決辦法:掉電時,磁頭會藉助慣性將緩存中的數據寫入零磁軌以外的暫存區域,等到下次啟動時再將這些數據寫入目的地;第三個作用就是臨時存儲最近訪問過的數據。有時候,某些數據是會經常需要訪問的,硬碟內部的緩存會將讀取比較頻繁的一些數據存儲在緩存中,再次讀取時就可以直接從緩存中直接傳輸。

緩存容量的大小不同品牌、不同型號的產品各不相同,早期的硬碟緩存基本都很小,只有幾百KB,已無法滿足用戶的需求。2MB和8MB緩存是現今主流硬碟所採用,而在伺服器或特殊應用領域中還有緩存容量更大的產品,甚至達到了16MB、64MB等。

大容量的緩存雖然可以在硬碟進行讀寫工作狀態下,讓更多的數據存儲在緩存中,以提高硬碟的訪問速度,但並不意味著緩存越大就越出眾。緩存的應用存在一個演算法的問題,即便緩存容量很大,而沒有一個高效率的演算法,那將導致應用中緩存數據的命中率偏低,無法有效發揮出大容量緩存的優勢。演算法是和緩存容量相輔相成,大容量的緩存需要更為有效率的演算法,否則性能會大大折扣,從技術角度上說,高容量緩存的演算法是直接影響到硬碟性能發揮的重要因素。更大容量緩存是未來硬碟發展的必然趨勢。

資料庫緩存機制是什麼緩存是如何作用資料庫

緩存的介質一般是內存,所以讀寫速度很快。但如果緩存中存放的數據量非常大時,也會用硬碟作為緩存介質。緩存的實現不僅僅要考慮存儲的介質,還要考慮到管理緩存的並發訪問和緩存數據的生命周期。

㈢ 描述一下hadoop中,有那些地方使用了緩存機制,分別有什麼作用

描述一下
hadoop
中,有哪些地方使用到了緩存機制,作用分別是什麼?

答:
緩存機制就是
DistributedCash

就是在
job
任務執行前,將需要的文件拷貝到
Task
機器
上進行緩存,提高
maprece
的執行效率。

㈣ android本地緩存機制

方法/步驟
1/5 分步閱讀
二級緩存工作機制
所謂二級緩存實際上並不復雜,當Android端需要獲得數據時比如獲取網路中的圖片,我們首先從內存中查找(按鍵查找),內存中沒有的再從磁碟文件或sqlite中去查找,若磁碟中也沒有才通過網路獲取;當獲得來自網路的數據,就以key-value對的方式先緩存到內存(一級緩存),同時緩存到文件或sqlite中(二級緩存)。注意:內存緩存會造成堆內存泄露,所有一級緩存通常要嚴格控制緩存的大小,一般控制在系統內存的1/4。
理解了二級緩存大家可能會有個問題網路中的數據是變化的,數據一旦放入緩存中,再取該數據就是從緩存中獲得,這樣豈不是不能體現數據的變化?我們在緩存數據時會設置有效時間,比如說30分鍾,若超過這個時間數據就失效並釋放空間,然後重新請求網路中的數據。有的童鞋就問30分鍾內咋辦?那好吧,我也沒招了,只有下拉刷新了, 實際上這不是問題。
2/5
二級緩存的實現
如何實現二級緩存,有很多技術方案,在這里我們使用 ASimpleCache框架來給大家演示一下,通過名字就可以看出它是很容易實現的。
1、ACache介紹
ASimpleCache是一個輕量級的開源cache框架,實際上就是一個叫ACache的java類。已經在商業項目中使用,運行效果不錯。
2、ACache使用
我們先做一個實現數據緩存的案例,然後再歸納一下主要的方法
編寫NewsListActivity主要代碼如下:

3/5
創建ACache組件
ACache acache=ACache.get(context)

ACache acache=ACache.get(context,max_size,max_count)
參數說明:
max_size:設置限制緩存大小,默認為50M
max_count:設置緩存數據的數量,默認不限制
4/5
設置緩存數據
acache.put(key,data,time)或acache.put(key,data)
將數據同時上存入一級緩存(內存Map)和二級緩存(文件)中
參數說明:
Key:為存入緩存的數據設置唯一標識,取數據時就根據key來獲得的
Data:要存入的數據,acache支持的數據類型如圖所示:
有String、可序列化的對象、位元組數組、Drawable等Time:設置緩存數據的有效時間,單位秒

5/5
從緩存中取數據
提供一系列getAsXXX()方法,如圖所示。
根據不同存入數據,調用不同的方法取數據

㈤ 什麼叫緩存

所謂的緩存,就是將程序或系統經常要調用的對象存在內存中,一遍其使用時可以快速調用,不必再去創建新的重復的實例。這樣做可以減少系統開銷,提高系統效率。

1、通過文件緩存;顧名思義文件緩存是指把數據存儲在磁碟上,不管你是以XML格式,序列化文件DAT格式還是其它文件格式;

2、內存緩存;也就是創建一個靜態內存區域,將數據存儲進去,例如我們B/S架構的將數據存儲在Application中或者存儲在一個靜態Map中。

3、本地內存緩存;就是把數據緩存在本機的內存中。

4、分布式緩存機制;可能存在跨進程,跨域訪問緩存數據

對於分布式的緩存,此時因為緩存的數據是放在緩存伺服器中的,或者說,此時應用程序需要跨進程的去訪問分布式緩存伺服器。

(5)緩存協助的機制擴展閱讀

當我們在應用中使用跨進程的緩存機制,例如分布式緩存memcached或者微軟的AppFabric,此時數據被緩存在應用程序之外的進程中。

每次,當我們要把一些數據緩存起來的時候,緩存的API就會把數據首先序列化為位元組的形式,然後把這些位元組發送給緩存伺服器去保存。

同理,當我們在應用中要再次使用緩存的數據的時候,緩存伺服器就會將緩存的位元組發送給應用程序,而緩存的客戶端類庫接受到這些位元組之後就要進行反序列化的操作了,將之轉換為我們需要的數據對象。

㈥ [求救]CI的緩存機制是怎樣的

流量肯定是一樣的,緩存的意義在於,當訪問量很大或者數據量很多的時候,減少一些不必要的數據查詢與計算。簡單的來說就是,在第一次訪問某頁面的時候,把訪問時查詢到的數據存入緩存,那麼在緩存過期之前,其他訪問這個頁面的用戶就不必執行資料庫的查詢了。

㈦ CPU緩存的工作原理

CPU要讀取一個數據時,首先從Cache中查找,如果找到就立即讀取並送給CPU處理;如果沒有找到,就用相對慢的速度從內存中讀取並送給CPU處理,同時把這個數據所在的數據塊調入Cache中,可以使得以後對整塊數據的讀取都從Cache中進行,不必再調用內存。
正是這樣的讀取機制使CPU讀取Cache的命中率非常高(大多數CPU可達90%左右),也就是說CPU下一次要讀取的數據90%都在Cache中,只有大約10%需要從內存讀取。這大大節省了CPU直接讀取內存的時間,也使CPU讀取數據時基本無需等待。總的來說,CPU讀取數據的順序是先Cache後內存。 前面是把Cache作為一個整體來考慮的,下面分類分析。Intel從Pentium開始將Cache分開,通常分為一級高速緩存L1和二級高速緩存L2。在以往的觀念中,L1 Cache是集成在CPU中的,被稱為片內Cache。在L1中還分數據Cache(D-Cache)和指令Cache(I-Cache)。它們分別用來存放數據和執行這些數據的指令,而且兩個Cache可以同時被CPU訪問,減少了爭用Cache所造成的沖突,提高了處理器效能。
在P4處理器中使用了一種先進的一級指令Cache——動態跟蹤緩存。它直接和執行單元及動態跟蹤引擎相連,通過動態跟蹤引擎可以很快地找到所執行的指令,並且將指令的順序存儲在追蹤緩存里,這樣就減少了主執行循環的解碼周期,提高了處理器的運算效率。
以前的L2 Cache沒集成在CPU中,而在主板上或與CPU集成在同一塊電路板上,因此也被稱為片外Cache。但從PⅢ開始,由於工藝的提高L2 Cache被集成在CPU內核中,以相同於主頻的速度工作,結束了L2 Cache與CPU大差距分頻的歷史,使L2 Cache與L1 Cache在性能上平等,得到更高的傳輸速度。L2Cache只存儲數據,因此不分數據Cache和指令Cache。在CPU核心不變化的情況下,增加L2 Cache的容量能使性能提升,同一核心的CPU高低端之分往往也是在L2 Cache上做手腳,可見L2 Cache的重要性。CPU的L1 Cache與L2 Cache惟一區別在於讀取順序。 CPU在Cache中找到有用的數據被稱為命中,當Cache中沒有CPU所需的數據時(這時稱為未命中),CPU才訪問內存。從理論上講,在一顆擁有2級Cache的CPU中,讀取L1 Cache的命中率為80%。也就是說CPU從L1 Cache中找到的有用數據占數據總量的80%,剩下的20%從L2 Cache讀取。在一些高端領域的CPU(像Intel的Itanium)中,我們常聽到L3 Cache,它是為讀取L2 Cache後未命中的數據設計的—種Cache。
為了保證CPU訪問時有較高的命中率Cache中的內容應該按一定的演算法替換,其計數器清零過程可以把一些頻繁調用後再不需要的數據淘汰出Cache,提高Cache的利用率。緩存技術的發展
總之,在傳輸速度有較大差異的設備間都可以利用Cache作為匹配來調節差距,或者說是這些設備的傳輸通道。在顯示系統、硬碟和光碟機,以及網路通訊中,都需要使用Cache技術。但Cache均由靜態RAM組成,結構復雜,成本不菲,使用現有工藝在有限的面積內不可能做得很大,不過,這也正是技術前進的源動力,有需要才有進步! 隨著CPU製造工藝的發展,二級緩存也能輕易的集成在CPU內核中,容量也在逐年提升。用集成在CPU內部與否來定義一、二級緩存,已不確切。而且隨著二級緩存被集成入CPU內核中,以往二級緩存與CPU大差距分頻的情況也被改變,此時其以相同於主頻的速度工作,可以為CPU提供更高的傳輸速度。同一核心的CPU高低端之分往往也是在二級緩存上有差異,由此可見二級緩存對於CPU的重要性。
CPU產品中,一級緩存的容量基本在4KB到64KB之間,二級緩存的容量則分為128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。一級緩存容量各產品之間相差不大,而二級緩存容量則是提高CPU性能的關鍵。二級緩存容量的提升是由CPU製造工藝所決定的,容量增大必然導致CPU內部晶體管數的增加,要在有限的CPU面積上集成更大的緩存,對製造工藝的要求也就越高。
雙核心CPU的二級緩存比較特殊,和以前的單核心CPU相比,最重要的就是兩個內核的緩存所保存的數據要保持一致,否則就會出現錯誤,為了解決這個問題不同的CPU使用了不同的辦法。

㈧ 緩存是什麼意思

緩存是指可以進行高速數據交換的存儲器,它先於內存與CPU交換數據,因此速率很快。

緩存的工作原理是當CPU要讀取一個數據時,首先從CPU緩存中查找,找到就立即讀取並送給CPU處理;沒有找到,就從速率相對較慢的內存中讀取並送給CPU處理,同時把這個數據所在的數據塊調入緩存中,可以使得以後對整塊數據的讀取都從緩存中進行,不必再調用內存。

正是這樣的讀取機制使CPU讀取緩存的命中率非常高(大多數CPU可達90%左右),也就是說CPU下一次要讀取的數據90%都在CPU緩存中,只有大約10%需要從內存讀取。這大大節省了CPU直接讀取內存的時間,也使CPU讀取數據時基本無需等待。

(8)緩存協助的機制擴展閱讀

緩存的狀態數據只是主數據的快照,由於數據源可能被修改,所以狀態數據就有會陳舊的特性。合理利用此特性和將數據陳舊的負面影響最小化是緩存狀態數據的一個重要任務。

緩存介質從技術上劃分,可以分成內存、硬碟文件、資料庫三種。將緩存存儲於內存中是最快的選擇,無需額外的I/O開銷,但是內存的缺點是沒有持久化落地物理磁碟,一旦應用異常,重新啟動數據很難或者無法復原。

緩存中可以存放的最大元素的數量,一旦緩存中元素數量超過這個值(或者緩存數據所佔空間超過其最大支持空間),那麼將會觸發緩存啟動清空策略根據不同的場景合理的設置最大元素值往往可以一定程度上提高緩存的命中率,從而更有效的時候緩存。

㈨ 想了解緩存的概念

緩存
緩存就是指可以進行高速數據交換的存儲器,它先於內存與CPU交換數據,因此速度極快,所以又被稱為高速緩存。與處理器相關的緩存一般分為兩種——L1緩存,也稱內部緩存;和L2緩存,也稱外部緩存。例如Pentium4「Willamette」內核產品採用了423的針腳架構,具備400MHz的前端匯流排,擁有256KB全速二級緩存,8KB一級追蹤緩存,SSE2指令集。
內部緩存(L1 Cache)
也就是我們經常說的一級高速緩存。在CPU裡面內置了高速緩存可以提高CPU的運行效率,內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大,L1緩存越大,CPU工作時與存取速度較慢的L2緩存和內存間交換數據的次數越少,相對電腦的運算速度可以提高。不過高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成,結構較復雜,在CPU管芯面積不能太大的情況下,L1級高速緩存的容量不可能做得太大,L1緩存的容量單位一般為KB。
外部緩存(L2 Cache)
CPU外部的高速緩存,外部緩存成本昂貴,所以Pentium 4 Willamette核心為外部緩存256K,但同樣核心的賽揚4代只有128K。

硬碟緩存越高,讀取速度越快

㈩ 計算機緩存的作用,請高手幫助我分析一下,到底計算機緩存有什麼作用,它在內存與CPU的之間的關系

硬碟貌似是存儲設備.鍵盤是輸入設備.顯示器是輸出設備.
好比電腦是個國家.信息是貨物.輸入就等於進口.輸出就是出口,顯示器.列印器可以把信息告白於天下.就好比出口貨物.~~~硬碟就是倉庫.
用鍵盤和滑鼠可以向電腦的處理器輸入數據.處理器運算結果輸出在顯示器上讓用戶看得到.
緩存 硬碟 內存都屬於存儲器.
緩存的全稱是高速緩沖存儲器.在cpu和內存之間,cpu和硬碟之間都有緩存的存在.cpu對信息的需求量往往是很大的.就讀取速度來說,硬碟最慢,然後內存,然後緩存最快.信息容量上正好相反.所以緩存的存在是為了提高計算機得運算速度.

CPU的緩存是提高了CPU對內存反復的數據的處理速度.CPU要運算的數據都是從內存取來的 但是內存速度比CPU慢很多,CPU總是在乾等,劃不來, 於是在CPU里設計了高速緩存(容量相對內存很小) 事先把CPU可能會用到的數據從內存取到緩存, 由於預測機制的作用,在90%以上的情況下, CPU需要的數據就在緩存裡面,很快就可以取到。 這樣明顯可以大幅提高系統的效率。

而硬碟的緩存是提高CPU與硬碟之間的速度.同樣,內存裡面的數據大部分是從硬碟取來的, 內存速度比硬碟要快幾十倍,內存等硬碟讀盤也等得很煩。 於是在硬碟裡面設計了跟內存速度差不多的緩存 事先把內存可能用到的數據從硬碟讀到緩存。 然後內存要數據的話,先到硬碟緩存找找, 實在找不到再讓硬碟讀盤。