Что такое кеш
Кеш — это высокоскоростная память, которая хранит часто используемые данные, чтобы обеспечить быстрый доступ к ним. Он действует как буфер между процессором и основной памятью, что позволяет сократить время доступа к данным и повысить производительность системы.
Кеширование используется в широком спектре приложений:
-
веб-браузеры кешируют веб-страницы и изображения для ускорения загрузки;
-
базы данных кешируют часто используемые запросы для повышения производительности;
-
операционные системы кешируют часто используемые файлы и данные;
-
видеоигры кешируют игровые ресурсы для уменьшения времени загрузки;
-
мобильные приложения кешируют данные для работы в автономном режиме.
В чём заключается принцип работы кеша
Локальность ссылок
Технология работает на основе принципа локальности ссылок, который предполагает, что программы обращаются к данным или инструкциям, расположенным рядом с теми, к которым они обращались ранее.
Иерархическая структура
Кеширование организовано в иерархическую структуру, состоящую из нескольких уровней. Каждый из них имеет меньший размер и более быстрое время доступа, чем следующий.
Кеширование по отображению
Когда процессор запрашивает данные или инструкции, кеш проверяет, находятся ли они в текущем уровне. Если данные или инструкции найдены, они немедленно возвращаются процессору. Если данные или инструкции не обнаружены, происходит кеширование по отображению.
Кеширование по записи
Когда данные записываются в основной памяти, они также копируются в кеш. Это позволяет процессору быстро получать доступ к данным, которые недавно были записаны.
Согласованность
Согласованность кеша гарантирует, что данные, хранящиеся в нём, совпадают с данными, хранящимися в основной памяти. Это достигается с помощью протоколов согласованности, например, MESI.
Алгоритмы замещения
Когда кеш заполняется, необходимо заменить некоторые данные или инструкции, чтобы освободить место для новых. Для этого используются алгоритмы замещения: LRU (при длительном отсутствии запросов) и LFU (при редком запрашивании данных).
Многоуровневость
Современные процессоры имеют иерархию из нескольких уровней: L1, L2 и L3. Каждый уровень имеет меньший размер, но более быстрое время доступа, чем следующий уровень
Какие существуют способы кеширования
| Категория | Способ | Характеристика |
|---|---|---|
| По уровню | Кеш процессора (L1, L2, L3) | Самый быстрый уровень, расположенный на самом процессоре. Хранит часто используемые данные и инструкции. |
| Кеш оперативной памяти (RAM) | Следующий уровень, расположенный в оперативной памяти. Больше по размеру, чем кеш процессора, но медленнее. | |
| Кеш на диске | Самый медленный уровень, расположенный на твердотельном накопителе (SSD) или жёстком диске. Хранит редко используемые данные, которые в противном случае должны быть загружены с сервера. | |
| По типу кешируемых данных | Кеширование страниц памяти | Кеширует страницы памяти, содержащие данные и инструкции. |
| Кеширование файлов | Кеширует целые файлы, что полезно для часто используемых файлов, например, изображений и видео. | |
| Кеширование объектов | Кеширует отдельные объекты, например, JSON-объекты или объекты базы данных. | |
| Кеширование запросов | Кеширует результаты запросов к серверу, что может значительно повысить производительность для повторяющихся запросов. | |
| По стратегии замены | LRU (Least Recently Used) | Заменяет элементы, которые дольше всего не запрашивались. |
| LFU (Least Frequently Used) | Удаляет элементы, к которым обращаются реже всего. | |
| FIFO (First In First Out) | Заменяет самый старый элемент. | |
| MRU (Most Recently Used) | Заменяет последний использованный элемент. | |
| По механизму записи | Запись по записи | Данные записываются сразу после их получения. |
| Запись по чтению | Данные записываются только при наличии запроса. | |
| Запись по вытеснению | Данные записываются, когда кеш заполняется, заменяя существующие элементы. | |
| По распределению кеша | Локальный кеш | Расположен на том же компьютере, что и приложение, использующее его. |
| Распределённый кеш | Расположен на нескольких компьютерах, что обеспечивает масштабируемость и отказоустойчивость. | |
| Кеш на основе CDN (Сеть доставки контента) | Находится на серверах по всему миру, что обеспечивает быструю доставку контента пользователям. |
Выбор способа кеширования
Выбор оптимального способа кеширования зависит от конкретных требований приложения и среды. Важно учитывать следующие факторы:
-
тип данных, которые необходимо кешировать;
-
частота доступа к данным;
-
размер кеша;
-
допустимая задержка;
-
уровень отказоустойчивости.
Как происходит очистка кеша
Процесс очистки кеша различается в зависимости от устройства или приложения. Можно также настроить автоматическое удаление записанных файлов.
Очистка кеша браузера
-
Откройте браузер.
-
Найдите настройки браузера. Они находятся в меню или в правом верхнем углу.
-
Найдите раздел «Конфиденциальность и безопасность» или «Очистить данные просмотра».
-
Выберите временной диапазон, за который вы хотите очистить кеш.
-
Установите флажок «Кешированные изображения и файлы».
-
Нажмите кнопку «Очистить данные».
Очистка кеша приложения
-
Перейдите в настройки устройства.
-
Выберите раздел «Приложения».
-
Найдите приложение, для которого вы хотите очистить кеш.
-
Нажмите на приложение.
-
Найдите раздел «Хранилище».
-
Нажмите кнопку «Очистить кеш».
Очистка кеша системы
-
Перейдите в настройки устройства.
-
Выберите раздел «Хранилище».
-
Найдите раздел «Кешированные данные».
-
Нажмите кнопку «Очистить кеш».
Программы для персональных компьютеров
-
CCleaner — популярная программа для очистки, встроены функции для очистки реестра, удаления временных файлов и управления автозагрузкой.
-
BleachBit — бесплатная и с открытым исходным кодом программа, предлагает широкий спектр функций для очистки памяти, удаления ненужных файлов и защиты конфиденциальности.
-
Glary Utilities — набор утилит для оптимизации системы, включая утилиту для очистки кеша, может удалять данные из различных приложений и браузеров.
-
Wise Disk Cleaner — простая в использовании программа, которая быстро и эффективно очищает кеш, временные файлы и другие ненужные данные.
-
IObit Advanced SystemCare — комплексный набор инструментов для оптимизации системы, включает утилиту для очистки кеша, а также другие функции для улучшения производительности и защиты конфиденциальности.
Приложения для очистки кеша для мобильных устройств
-
Clean Master — популярное приложение для очистки данных для устройств Android, встроены функции для оптимизации памяти, экономии заряда батареи и защиты от вредоносных программ.
-
CCleaner — мобильная версия популярной программы для настольных компьютеров, которая предлагает аналогичный набор функций для устройств Android.
-
SD Maid — приложение для очистки кеша для устройств Android, может удалять дубликаты файлов, очищать пустые папки и анализировать использование памяти.
-
Cache Cleaner — простой в использовании приложение для устройств iOS, которое быстро удаляет данные из различных приложений и браузеров.
-
PhoneClean — комплексное приложение для оптимизации системы для устройств iOS, которое включает утилиту для очистки кеша, а также другие функции для очистки нежелательных файлов, защиты конфиденциальности и улучшения производительности.
Предостережения
-
Очистка кеша может привести к потере необходимых данных, например, сохранённых паролей или настроек браузера (следует выбрать типы данных, которые вы хотите удалить).
-
Удаление данных может замедлить работу устройства или приложения при первом использовании после очистки.
-
Если вы не уверены, следует ли очищать память, проконсультируйтесь с программистом или компьютерным мастером.
Нужно ли чистить кеш
Хотя кеширование может повысить скорость загрузки, иногда необходимо очистить кеш, чтобы:
-
устранить проблемы с загрузкой (устаревшие или повреждённые данные могут вызывать проблемы с загрузкой веб-страниц или других ресурсов);
-
освободить место на диске (в переполненном хранилище невозможно записать новую информацию);
-
защитить конфиденциальность (кеш содержит конфиденциальные данные, например, пароли и историю просмотров, чем могут воспользоваться злоумышленники для кражи персональных данных или получения доступа к интернет-ресурсам);
-
улучшить производительность браузера (со временем кеш становится фрагментированным и тормозит работу браузера, снижая его производительность);
-
решить проблемы с веб-сайтом (иногда изменения на веб-сайте могут не отображаться в браузере из-за устаревших данных).
В большинстве случаев чистка полезна для устранения проблем с загрузкой, освобождения места на диске и улучшения производительности браузера. Однако удаление информации может привести к потере сохранённых паролей и других данных. Рекомендуется регулярно создавать резервные копии важных данных перед очисткой кеша (или настроить автоматическое сохранение в приложении или на устройстве). Частота очистки зависит от того, как часто вы используете интернет, какие типы веб-сайтов посещаете. При стандартном использовании рекомендуется очищать кеш каждые 4–5 недель или при обнаружении проблем с производительностью программ или устройств.
