Что такое кэширование файлов

Кэширование файлов

По умолчанию Windows кэширует данные файлов, которые считываются с дисков и записываются на диски. Это означает, что операции чтения считывают файловые данные из области в системной памяти, которая называется кэшем системных файлов, а не с физического диска. Соответственно, при операциях записи данные файлов записываются в системный файловый кэш, а не на диск. Такой тип кэша называется кэшем обратной записи. Управление кэшированием осуществляется для каждого файлового объекта.

Кэширование выполняется в направлении диспетчера кэша, которое постоянно работает во время работы Windows. Данные файлов в кэше системных файлов записываются на диск с интервалами, определенными операционной системой, и память, ранее используемая этими данными файлов, освобождается — это называется сбросом кэша. Политика задержки записи данных в файл и удерживает ее в кэше до тех пор, пока кэш не будет сброшен, а диспетчер кэша запустится с интервалом времени завершения. Время записи на диск блока данных частично зависит от длительности его хранения в кэше, а также от времени, прошедшего с момента последнего обращения к этим данным при выполнении операции чтения. Это гарантирует, что данные файлов, которые часто считываются, останутся доступными в системном файловом кэше максимально долго.

Этот процесс кэширования данных файлов показан на следующем рисунке.

Как показано сплошными стрелками на предыдущем рисунке, область данных размером 256 КБ считывается в области кэша 256 КБ в системном адресном пространстве при первом запросе диспетчером кэша во время операции чтения файла. Затем процесс пользовательского режима копирует данные из этого слота в свое собственное адресное пространство. Завершив обращение к данным, процесс записывает измененные данные в тот же слот в системном кэше. На рисунке это обозначено пунктирной стрелкой между адресным пространством процесса и системным кэшем. Когда диспетчер кэша определит, что данные больше не понадобятся в течение определенного промежутка времени, они записывают измененные данные обратно в файл на диске, как показано стрелкой пунктира между системным кэшем и диском.

Количество операций ввода-вывода, которые предлагает кэширование файловых данных, зависит от размера считываемых или записываемых блоков файловых файлов. Когда большие блоки файловых данных считываются и записываются, скорее всего, для завершения операции ввода-вывода будет необходимо чтение и запись с диска. Производительность операций ввода-вывода будет все более нарушена, так как выполняется больше операций ввода-вывода.

Частота, с которой происходит запись в систему, является важным фактором, позволяющим сбалансировать производительность системы с надежностью системы. Если система записывает кэш слишком часто, количество операций записи большого объема может значительно снизить производительность системы. Если система не записывается достаточно часто, то вероятность будет выше, когда кэш будет исчерпан из-за превышения объема памяти или внезапного сбоя системы (например, потери питания компьютера) перед очисткой. В последнем случае кэшированные данные будут потеряны.

Чтобы обеспечить правильное количество операций очистки, диспетчер кэша создает процесс каждую секунду с именем отложенной записи. Процесс отложенной записи помещает в очередь одну восьмую страниц, которые не были недавно записаны для записи на диск. Он постоянно оценивает объем данных, записываемых на диск, для оптимальной производительности системы, а также в том случае, если больше данных необходимо записать в очередь больше данных. Отложенные модули записи не сбрасывают временные файлы, поскольку предполагается, что они будут удалены приложением или системой.

Метаданные файловой системы всегда кэшируются. Таким образом, для сохранения любых изменений метаданных на диске файл должен быть сброшен или открыт с _ флагом файла _ Write _ by.

Источник

Что такое кэшированные данные или данные кэша?

Многие пользователи смартфонов под управлением системы Android, заходя в менеджер управления использованным дисковым пространством, находят в нем такой пункт как кэшированные данные или данные кэша. Значение занятого им пространства может достигать как несколько килобайт, так и приличные сотни мегабайт. Для смартфона, у которого свободная память заканчивается, освобождение этих несколько сотен мегабайт может спасти ситуацию. Но прежде чем удалять кэшированные данные, давайте разберемся что это вообще такое и каковы последствия их удаления.

Что такое данные, находящиеся в кэше?

В процессе работы операционная система вашего устройства, будь то компьютер или современный смартфон, складывает некоторые “тяжелые” ранее задействованные файлы в специальное хранилище, называемое кэшем. Это могут быть файлы браузеров, программ (instagram, vk, электронная почта) и даже игр.

В Windows кэшированные данные могут называться просто временными файлами.

Вариант обозначения кэшированных данных в Windows 10

Рассмотрим ситуацию. Вы время от времени посещаете тот или иной сайт. Пусть это будет сайт vk.om. Элементы его дизайна (верхняя синяя полоска, фон, изображения кнопок, ваш аватар и т.д.) меняются довольно редко. Чтобы каждый раз не расходовать ваш интернет – трафик и не тратить время на загрузку этих “статичных” файлов, они помещаются во временное хранилище, которое называется кэш. При очередном заходе на сайт vk.com у вас он загрузится быстрее, так как часть файлов не будет загружаться из интернета, а будет взято из кэша, находящегося на вашем устройстве.

Технология кэширования данных широко используется не только интернет – браузерами, но также другими программами и играми. Задача кэша – ускорить работу приложения (сайта) или системы в целом за счет быстрого доступа к часто востребованным данным.

Можно ли удалить?

Делать это конечно же можно и периодически даже нужно. Ведь при размещении данных в кэше система не знает точно потребуются ли эти самые данные снова или нет.

В нашем примере с сайтом vk.com это выглядит так: вы заходите на сайт vk.com, регистрируетесь на нем, пользуетесь день, два, понимаете что он вам не интересен и перестаете на него заходить. А данные в кэше ведь остаются. И таких сайтов с течением времени может быть очень много. То же самое касается программ. Ставите интересную программу, пользуетесь ей, затем она вам надоедает, вы ее удаляете, а в кэше могут остаться какие – то ее остатки.

Поэтому кэш периодически нужно чистить. Этим вы никак не навредите своему устройству, будь то смартфон или ноутбук. После очистки кэша нужные данные просто снова загрузятся с сайта, а затем будут использоваться до очередной очистки. Если же кэш долго не чистить, то со временем его размер может серьезно вырасти, что негативно скажется на быстродействии устройства.

Источник

Как выполняется кэширование

Эта статья содержит обзор общих понятий кэширования и сведения о том, как сеть доставки содержимого (CDN) Azure использует кэширование для улучшения производительности. Дополнительные сведения о том, как настроить поведение кэширования на конечной точке CDN, см. в статье об управлении поведением кэширования Azure CDN с помощью правил кэширования и статье об управлении поведением кэширования Azure CDN с помощью строк запроса.

Общие сведения о кэшировании

Кэширование — это процесс сохранения данных локально, который позволяет быстрее получить к ним доступ при будущих запросах. В самом распространенном типе кэширования, кэшировании веб-браузера, веб-браузер хранит копии статических данных на локальном жестком диске. Используя кеширование, веб-браузер может избежать многократных циклов приема-передачи на сервер и вместо этого получать доступ к тем же данным локально, что экономит время и ресурсы. Кэширование хорошо подходит для локального управления небольшим объемом статических данных, таких как статические изображения, файлы CSS и JavaScript.

Аналогичным образом, кеширование используется CDN на пограничных серверах, близких к пользователю, чтобы избежать запросов, возвращающихся в исходное состояние и сокращающих задержки пользователей. В отличие от кеша веб-браузера, который используется только для одного пользователя, CDN имеет общий кэш. В общем кэше CDN файл, запрашиваемый одним пользователем, может быть доступен позже другим пользователям, что значительно уменьшает количество запросов на сервер-источник.

Динамические ресурсы, которые часто меняются или уникальны для отдельного пользователя, не могут быть кэшированы. Однако эти типы ресурсов могут использовать преимущества оптимизации динамического ускорения сайтов (DSA) в Azure CDN для повышения производительности.

Кэширование может происходить на нескольких уровнях между сервером-источником и пользователем:

Каждый кэш обычно самостоятельно управляет обновлением ресурса и выполняет проверку, если файл устарел. Такое поведение определено в спецификации кэширования HTTP RFC 7234.

Актуальность ресурса

Так как кешированный ресурс может быть устаревшим (по сравнению с имеющимся ресурсом на сервере-источнике), важно, чтобы любой механизм кеширования управлял обновлением содержимого. Чтобы сэкономить время и пропускную способность, кешированный ресурс не сравнивается с версией на сервере-источнике каждый раз, когда к нему обращаются. Вместо этого, пока кэшированный ресурс считается актуальным, предполагается, что он является самой последней версией и отправляется непосредственно клиенту. Кэшированный ресурс считается актуальным, когда его возраст меньше возраста или периода, определенного параметром кэша. Например, когда браузер перезагружает веб-страницу, он проверяет актуальность каждого кэшированного ресурса на вашем жестком диске и загружает его. Если ресурс не актуален (устаревший), с сервера скачивается обновленная копия.

Проверка

Если ресурс считается устаревшим, серверу-источнику предлагается проверить его, то есть определить, все ли данные в кэше соответствуют тому, что находится на сервере-источнике. Если файл был изменен на сервере-источнике, кэш обновляет его версию ресурса. В противном случае, если ресурс актуальный, данные доставляются непосредственно из кэша, без изначальной проверки.

Кэширование CDN

Кэширование является неотъемлемой частью того, как CDN работает, чтобы ускорить доставку и уменьшить нагрузку на источник статических ресурсов, таких как изображения, шрифты и видео. В кэшировании CDN статические ресурсы выборочно хранятся на стратегически размещенных серверах, которые являются более локальными для пользователя и обладают следующими преимуществами:

Так как большинство веб-трафика является статическим (например, изображения, шрифты и видео), кэширование CDN уменьшает задержку в сети, перемещая содержимое ближе к пользователю, тем самым уменьшая расстояние перемещения данных.

Уменьшая нагрузку на CDN, кэширование может снизить сетевой трафик и нагрузку на сервер-источник. Это уменьшает затраты и требования к ресурсам приложения даже при наличии большого числа пользователей.

Подобно тому, как кэширование реализуется в веб-браузере, вы можете управлять выполнением кэширования в CDN, отправляя заголовки директив кэша. Заголовки директив кэша — это заголовки HTTP, которые обычно добавляются на сервер-источник. Несмотря на то, что большинство из этих заголовков изначально были разработаны для кэширования в клиентских браузерах, теперь они также используются промежуточными кэшами, такими как CDN.

Заголовки директив кэша

По умолчанию конечная точка Azure CDN, оптимизированная для DSA, игнорирует заголовки директив кэша и обходит кэширование. Для профилей Azure CDN уровня «Стандартный» от Verizon и Azure CDN уровня «Стандартный» от Akamai можно настроить способ обработки этих заголовков конечной точкой Azure CDN, воспользовавшись правилами кэширования CDN для включения кэширования. Только для профилей Azure CDN уровня «Премиум» от Verizon для включения кэширования используется обработчик правил.

Azure CDN поддерживает следующие заголовки директив кэша HTTP, которые определяют длительность кэширования и совместное использование кэша.

Cache-Control:

Expires:

Pragma:

Проверяющие элементы управления

ETag:

Last-Modified:

Определение файлов для кэширования

Не все ресурсы могут кэшироваться. В следующей таблице показано, какие ресурсы можно кэшировать, исходя из типа ответа HTTP. Ресурсы, поставляемые с ответами HTTP, которые не соответствуют всем этим условиям, невозможно кэшировать. Только для профилей Azure CDN уровня «Премиум» от Verizon можно использовать обработчик правил для настройки некоторых из этих условий.

Чтобы в профиле Azure CDN уровня «Стандартный» от Майкрософт кэширование работало для ресурса, сервер-источник должен поддерживать все HTTP-запросы HEAD и GET, а значения content-length для этого ресурса должны быть одинаковы в HTTP-ответах HEAD и GET. Чтобы выполнять запросы HEAD, сервер-источник должен поддерживать запрос HEAD и возвращать те же заголовки, что и в ответ на запрос GET.

Поведение кэширования по умолчанию

В следующей таблице описано поведение кэширования по умолчанию для продуктов Azure CDN и их оптимизация.

Учет источника. Указывает, следует ли учитывать поддерживаемые заголовки директив кеша, если они есть в ответе HTTP сервера-источника.

Azure CDN не дает никаких гарантий относительно минимального времени, в течение которого объект будет храниться в кэше. кэшированное содержимое может быть исключено из кэша CDN до истечения срока их действия, если содержимое не запрашивается чаще, чтобы освободить место для более часто запрашиваемого содержимого.

Источник

11 видов кэширования для современного сайта

Автор данной статьи не встречал структурированной обзорной информации о важных этапах кэширования, поэтому ему хотелось бы поделиться наработанным опытом в этой области, соединить воедино всю основную информацию по данному вопросу, а также рассмотреть плюсы и минусы каждого вида кэширования.

В первую очередь, хотелось бы пояснить, что кэширование – это одна из наиболее важных составляющих любого проекта. В частности, это единственный способ сделать больше и быстрее при использовании ограниченных ресурсов. А, как известно, ресурсы всегда ограничены: как серверные, так и пользовательские.

Основной проблематикой кэширования является быстрота реакции на запросы к основным системам хранения и обработки входящей и исходящей структурированной информации.

Представьте, что необходимо осуществить быструю передачу информации, однако скорость доступа к данным крайне низкая. Или другая ситуация: скорость хорошая, но мало доступной памяти или ширина канала недостаточная, или процессорные и дисковые факторы мешают осуществить задачу. В этом случае кэширование – это единственный выход из ситуации.

Виды кэширования

Кэширование (или кэш) – это некий промежуточный буфер, в котором хранятся данные. Благодаря кэшированию страница сайта не воссоздается заново для каждого пользователя. Кэширование позволяет осуществлять работу с большим количеством данных в максимально сжатые сроки и при ограниченных ресурсах (серверных и пользовательских).

Необходимо понимать, что работу с данными можно производить как на стороне клиента, так и на сервере. Притом, серверная обработка данных централизована и имеет ряд несомненных преимуществ (особенно для службы поддержки).

Существует несколько видов кэширования, предлагаем рассмотреть каждый вид, его особенности и рекомендации по применению:

1. Браузерное кэширование или клиентское кэширование

Представляет собой составление для браузера команды использовать имеющуюся кэшированную копию. Работа такого кэширования основана на том, что при повторном посещении, браузеру отдаётся заголовок 304 Not Modified, а сама страница или картинка загружаются из локального пользовательского кэша. Получается, что вы экономите на трафике между браузером посетителя и хостингом сайта. Соответственно, страница вашего сайта начинает загружаться быстрее.

1.1 Кэширование файлов и картинок

Браузерное кэширование как нельзя лучше подходит для сайтов, содержащих большое количество изображений: картинка не скачивается каждый раз при открытии сайта, а просто загружается через кэш браузера.

Это первый уровень кэширования, который состоит в отдаче заголовка «expired» и заголовка «304 Not Modified». Наиболее эффективным считается кэширование на 2 недели.

Однако в данном случае есть важный нюанс: если изображение на сайте меняется, то браузер узнает об этом не сразу, а только если выждать expiry или сбросить кэш в самом браузере. Это не очень эффективно, если файл постоянно изменяется и необходимо постоянно отдавать его актуальную версию.

1.2 Кэширование https

Специальные заголовки вида strict-security. Позволяет браузеру всегда обращаться по https к выбранному домену. Сохраняет это состояние довольно жёстко и, в случае отмены этого вида кэша, браузер ещё довольно долго будет пытаться загрузить страницу по https, при этом игнорируя текущие заголовки.

1.3 Кэширование центра сертификации

Так называемый, stamp центра сертификации.

Данный вид кэширования считается обязательным для применения, если вы не хотите, чтобы пользователи вашего сайта ждали, когда центр сертификации (а это некий сервер, который отвечает за достоверность вашего сертификата) обработает запрос от браузера пользователя и подтвердит, что ваш сайт действительно подтверждён им.

1.4 Кэширование страниц

Когда страница уже сгенерирована, нужно постоянно отслеживать ее актуальность. Для этого вы должны использовать серверный кэш с отслеживанием времени изменения отдельных частей страницы (если страница строится из множества динамически генерируемых блоков). При таком подходе в каждом ответе от сервера установлены специальные заголовки, обозначающие время изменения страницы, которые затем отправляются браузером пользователя при повторном обращении к странице сайта. Сервер при получении таких заголовков можем проанализировать текущее состояние страницы (возможно, даже отрисовать её), но вместо содержимого страницы отдать заголовок «304 Not Modified», что для пользовательского браузера будет означать, что можно показать страницу из своего (браузера пользователя) кэша.

Конечно, можно отправлять соответствующие заголовки без использования серверного отслеживания кэша, но в таком случае большинство пользователей получат обновление контента страницы довольно поздно. При таком подходе браузер иногда опрашивает сервер для получения обновлений, но периодичность и правила для каждого браузера настраиваются его разработчиком, поэтому надеяться на то, что ваши пользователи получат обновления вовремя, не приходится.

Как правило, кэш подразделяется по типу пользователей:

— для авторизованных;
— для неавторизованных.

Данное разделение обусловлено уникальностью контента, для каждого авторизованного пользователя и общностью контента для гостевых пользователей. В большинстве сайтов не авторизованный пользователь не может изменять содержимое сайта, а значит и влиять на его содержимое.

Браузерный кэш позволяет экономить трафик и время, затрачиваемое на загрузку страниц. Но для достижения эффекта экономии, пользователь должен хотя бы один раз посетить нашу страницу, а это означает, что нагрузка на серверные ресурсы уменьшится, но не значительно.

2. Серверное кэширование

Под серверным кэшированием понимаются все виды кэширования, при котором данные хранятся на серверной стороне. Эти данные не доступны клиентским браузерам. Кэш создаётся и хранится по принципу «один ко многим» (многие, в данном случае, — это клиентские устройства).

2.1 Кэширование страницы целиком

Наиболее эффективный кэш. Чем он интересен? Самое большое его достоинство в том, что отдача страницы происходит практически в момент обращения, как следствие – это возможность обработки миллионов запросов даже на самом слабом сервере со скоростью работы памяти и с незначительным задействованием процессора.

Пожалуй, любой когда-либо мечтал о сайте, работающем со скоростью «ping» или быстрее.
Но и у этого типа кэша есть свои минусы: например, невозможность кэшировать страницы для авторизованного пользователя, либо пользователя, содержимое страницы которого зависит от текущих переменных пользователя.

Используйте этот кэш, если серверу известны все статичные состояния внешних данных, такие как: uri, get (без дополнительных параметров), пользователь не авторизован — то есть, фактически, это идеальное состояние страницы для гостевых пользователей. Учитывайте тот факт, что при таком кэшировании архитектура сайта или приложения всегда должна однотипно обрабатывать входящие запросы и отдавать однотипные ответы. Такое состояние есть в любом приложении или сайте, его нужно лишь отследить и применить к нему кэш.

Кэширование страниц целиком, чаще всего, применяют в каких-то экстренных случаях, при этом кэш страниц сохраняется на заранее указанное время (от 2 минут), в течение которого ответы от сервера однотипны (не позволяйте браузеру кэшировать это).

2.2 Кэширование результатов компиляции php-файлов

Различают как чистую компиляцию кода, так и его оптимизацию во время компилирования (подмена скриптов). Наиболее яркие примеры:

И тот и другой вид кэширования могут использоваться в проекте, но у каждого есть собственные нюансы, которые необходимо учитывать при написании кода.

2.3 Кэширование отдельных блоков страницы

Это, пожалуй, самый интересный, но и сложный вид кэширования. Тем не менее, он тоже может быть эффективным, и на его примере легче всего объяснить принципы кэширования в целом.
Необходимо отслеживать: состояние таблиц, состояние сессии пользователя, выключать ли кэширование при POST или GET запросах (http query), зависимость от текущего адреса, постоянство кэширования (при изменении предыдущих условий) или его динамическую подстройку.

Кэширование отдельных блоков страниц лучше других типов кэширования подойдёт, если вам нужно, например, уменьшить количество запросов к базе данных от реальных (авторизованных) пользователей. Кстати, при правильно заданных зависимостях, он будет работать даже эффективнее, чем все последующие виды кэширования.

Почему этот вид кэширования настолько важен? Всё дело в том, что расширение пула серверов баз данных намного более сложная задача, чем расширение пула серверов php-части сайта. Более того, php конфликты состояния кэширования решаются гораздо легче, чем конфликты при работе с множеством баз данных.

2.4 Кэширование php на основе неразделяемых ресурсов

Лучше всего подходит при стандартизации запросов, получении данных из общих ресурсов, наличии внутренних переменных, к которым php-ресурсы обращаются несколько раз при генерации страницы.

2.5 Кэширование php на основе общих ресурсов

Такое кэширование применяйте для хранения сериализированных данных. Например: конфигурационного файла, состояния таблиц, списков файловой системы.

2.6 Кэширование mysql на основе query cache

Это довольно известная и наиболее освещённая тема. Тем не менее, хотелось бы рассмотреть специфику работы с timestamp и то, как можно избежать постоянного сброса query cache.

Наверняка, вы регулярно сталкивались с ситуацией, когда необходимо отдать новые материалы, дата публикации которых уже разрешена текущим timestamp? Проще говоря,

Источник