Содержание

Кэширование файлов — Win32 apps

Twitter LinkedIn Facebook Адрес электронной почты

  • Статья
  • Чтение занимает 3 мин

По умолчанию Windows кэширует данные файлов, которые считываются с дисков и записываются на диски. Это означает, что операции чтения считывают данные файлов из области в системной памяти, известной как системный кэш 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 происходит в направлении диспетчера кэша, который работает непрерывно во время выполнения Windows. Данные файлов в системном кэше записываются на диск с интервалами, определенными операционной системой, и память, ранее используемая данными файла, освобождается— это называется

очисткой кэша. Политика задержки записи данных в файл и ее хранения в кэше до тех пор, пока кэш не будет удален, называется отложенной записью, и он активируется диспетчером кэша с определенным интервалом времени. 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 на сплошных стрелках на предыдущем рисунке, область данных размером 256 КБ считывается в кэш размером 256 КБ в адресном пространстве системы 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 определил, что данные больше не потребуются в течение определенного времени, он записывает измененные данные обратно в файл на диске, как показано пунктирной стрелкой между системным кэшем и диском.

Объем повышения производительности ввода-вывода, которое предлагает кэширование файлов, зависит от размера блока данных файла, считываемого или записываемого. Если большие блоки файловых данных считываются и записываются, скорее всего, для завершения операции ввода-вывода потребуется чтение и запись диска. Производительность ввода-вывода будет все более нарушена по мере возникновения таких операций ввода-вывода.

В таких ситуациях кэширование можно отключить. Это делается во время открытия файла путем передачи FILE_FLAG_NO_BUFFERING в качестве значения параметра dwFlagsAndAttributesфайла CreateFile. При отключении кэширования все операции чтения и записи напрямую обращаются к физическому диску. Однако метаданные файла могут по-прежнему кэшироваться. Чтобы очистить метаданные на диск, используйте функцию FlushFileBuffers .

Частота, с которой происходит очистка, является важным фактором, который балансирует производительность системы с надежностью системы. Если система слишком часто сбрасывает кэш, количество операций записи в больших объемах приведет к значительному снижению производительности системы.

Если система не сбрасывается достаточно часто, вероятность того, что системная память будет исчерпана кэшем, или внезапный сбой системы (например, потеря питания компьютера) произойдет до очистки. В последнем случае кэшированные данные будут потеряны.

Чтобы обеспечить правильное количество очистки, диспетчер кэша создает процесс каждую секунду, называемый отложенным средством записи. Процесс отложенного модуля записи помещает в очередь одну восьмую часть страниц, которые недавно не были записаны на диск. Он постоянно переоценивает объем данных, которые сбрасываются для оптимальной производительности системы, и если требуется записать больше данных в очередь. Отложенные записи не очищают временные файлы, так как предполагается, что они будут удалены приложением или системой.

Некоторые приложения, такие как программное обеспечение для проверки вирусов, требуют немедленной очистки операций записи на диск; Windows обеспечивает эту возможность путем кэширования путем записи. Процесс обеспечивает кэширование путем записи для определенной операции ввода-вывода путем передачи флага FILE_FLAG_WRITE_THROUGH в вызов CreateFile.

Если включено кэширование путем записи, данные по-прежнему записываются в кэш, но диспетчер кэша немедленно записывает данные на диск, а не вызывает задержку с помощью отложенного модуля записи. Процесс также может принудительно выполнить очистку файла, который он открыл, вызвав функцию FlushFileBuffers .

Метаданные файловой системы всегда кэшируются. Таким образом, чтобы сохранить изменения метаданных на диске, файл необходимо очистить или открыть с помощью FILE_FLAG_WRITE_THROUGH.

 

 

HTTP-кеширование — HTTP | MDN

Производительность веб-сайтов и приложений можно значительно повысить за счёт повторного использования ранее полученных ресурсов. Веб-кеши сокращают задержку и снижают сетевой трафик, уменьшая тем самым время, необходимое для отображения ресурсов. Используя HTTP-кеширование, сайты становятся более отзывчивыми.

Техника кеширования заключается в сохранении копии полученного ресурса для возврата этой копии в ответ на дальнейшие запросы. Запрос на ресурс, уже имеющийся в веб-кеше, перехватывается, и вместо обращения к исходному серверу выполняется загрузка копии из кеша. Таким образом снижается нагрузка на сервер, которому не приходится самому обслуживать всех клиентов, и повышается производительность — кеш ближе к клиенту и ресурс передаётся быстрее. Кеширование является основным источником повышения производительности веб-сайтов. Однако, кеш надо правильно сконфигурировать: ресурсы редко остаются неизменными, так что копию требуется хранить только до того момента, как ресурс изменился, но не дольше.

Существует несколько видов кешей, которые можно разделить на две основные категории: приватные кеши и кеши совместного использования. В кешах совместного использования (shared cache) хранятся копии, которые могут направляться разным пользователям. Приватный кеш (private cache) предназначен для отдельного пользователя. Здесь будет говориться в основном о кешах браузеров и прокси, но существуют также кеши шлюзов, CDN, реверсные прокси кеши и балансировщики нагрузки, разворачиваемые на серверах для повышения надёжности, производительности и масштабируемости веб-сайтов и веб-приложений.

Приватный (private) кеш браузера

Приватный кеш предназначен для отдельного пользователя. Вы, возможно, уже видели параметры кеширования в настройках своего браузера. Кеш браузера содержит все документы, загруженные пользователем по HTTP. Он используется для доступа к ранее загруженным страницам при навигации назад/вперёд, позволяет сохранять страницы, или просматривать их код, не обращаясь лишний раз к серверу. Кроме того, кеш полезен при отключении от сети.

Общий (shared) прокси-кеш

Кеш совместного использования — это кеш, который сохраняет ответы, чтобы их потом могли использовать разные пользователи. Например, в локальной сети вашего провайдера или компании, может быть установлен прокси, обслуживающий множество пользователей, чтобы можно было повторно использовать популярные ресурсы, сокращая тем самым сетевой трафик и время ожидания.

Кеширование в HTTP не является обязательным, однако в большинстве случаев бывает полезно повторно использовать ранее сохранённые ресурсы. Тем не менее, стандартные кеши HTTP обычно способны кешировать только ответы на запросы методом

GET, а другие отклоняют.

Первичный ключ состоит из метода запроса и запрашиваемого URI (зачастую используется только URI, поскольку целью кеширования являются только GET-запросы). Вот примеры того, что обычно записывается в кеш:

  • Успешно загруженные ресурсы: ответ 200 OK на запрос методом GET HTML-документов, изображений или файлов.
  • Постоянные перенаправления: ответ 301 Moved Permanently («перемещено навсегда»).
  • Сообщения об ошибках: ответ 404 Not Found («не найдено»).
  • Неполные результаты: ответ 206 Partial Content («частичное содержимое»).

  • Ответы на запросы отличные от GET, если есть что-либо, подходящее для использования в качестве ключа кеша.

Запись в кеше может также состоять из множества ответов, различаемых по вторичному ключу, если при формировании ответа производится согласование данных. Подробнее об этом рассказано ниже, в разделе, посвящённом заголовку Vary.

Заголовок

Cache-control

Поле Cache-Control общего заголовка HTTP/1.1 используется для задания инструкций по механизму кеширования как в запросах, так и в ответах. Применяется для задания политик кеширования.

Полное отсутствие кеширования

В кеше не должно сохраняться ничего — ни по запросам клиента, ни по ответам сервера. Запрос всегда отправляется на сервер, ответ всегда загружается полностью.

Cache-Control: no-store
Cache-Control: no-cache, no-store, must-revalidate
Кешировать, но проверять актуальность

Перед тем, как выдать копию, кеш запрашивает исходный сервер на предмет актуальности ресурса.

Cache-Control: no-cache
Приватные (private) и общие (public) кеши

Директива «public» указывает, что ответ можно сохранять в любом кеше. Это бывает полезно, если возникает потребность сохранить страницы с HTTP-аутентификацией, или такими кодами ответа, которые обычно не кешируются. Директива же «private» указывает, что ответ предназначен отдельному пользователю и не должен храниться в кеше совместного использования. В этом случае ответ может сохраняться приватным кешем браузера.

Cache-Control: private
Cache-Control: public
Срок действия (Expiration)

Самой важной здесь является директива «max-age=<seconds>» — максимальное время, в течение которого ресурс считается «свежим». В отличие от директивы Expires, она привязана к моменту запроса. К неизменяющимся файлам приложения обычно можно применять «агрессивное» кеширование. Примером таких статических файлов могут быть изображения, файлы стилей (CSS) или скриптов (JavaScript).

Подробнее об этом рассказывается в разделе Свежесть ресурса.

Cache-Control: max-age=31536000
Проверка актуальности

При использовании директивы «must-revalidate» кеш обязан проверять статус ресурсов с истёкшим сроком действия. Те копии, что утратили актуальность, использоваться не должны. Подробнее об этом рассказано ниже, в разделе Валидация кеша.

Cache-Control: must-revalidate

Заголовок

Pragma

Pragma является заголовком HTTP/1.0. Он не описан для HTTP-ответов и, таким образом, не может служить надёжной заменой общему заголовку Cache-Control протокола HTTP/1.1, хотя его поведение аналогично «Cache-Control: no-cache» когда поле заголовка Cache-Control опущено в запросе. Использовать его следует только для совместимости с клиентами HTTP/1.0.

Однажды попав в кеш, ресурс, теоретически, может храниться там вечно. Однако, поскольку объем хранилища конечен, записи периодически приходится оттуда удалять. Этот процесс называют вытеснением данных из кеша (cache eviction). Кроме того, ресурсы могут изменяться на сервере, поэтому кеш требуется обновлять. Поскольку HTTP является клиент-серверным протоколом, сервера не могут сами обращаться к кешам и клиентам при изменении ресурса; им необходимо договориться о сроке действия сохранённой копии. До его истечения ресурс считается свежим (fresh), после — устаревшим (stale). Алгоритмы вытеснения отдают предпочтение «свежим» ресурсам. Тем не менее, копия ресурса не удаляется из кеша сразу же по истечении её срока действия; при получении запроса на устаревший ресурс кеш передаёт его дальше с заголовком If-None-Match (en-US) на случай, если копия все ещё актуальна. Если это так, сервер возвращает заголовок 304 Not Modified («не изменялось»), а тело ресурса не посылает, экономя тем самым трафик.

Вот пример того, как протекает этот процесс при использовании совместного кеша прокси:

Срок действия (freshnessLifetime) вычисляется на основании нескольких заголовков. Если задан заголовок «Cache-control: max-age=N», то срок действия равен N. Если его нет, а это бывает очень часто, проверяется заголовок Expires, и, если он есть, то срок действия берётся равным значению заголовка Expires минус значение заголовка Date. Наконец, если нет ни того ни другого, смотрят заголовок Last-Modified. Если он есть, то срок действия равен значению заголовка Date минус значение заголовка Last-modified разделить на 10.
Время устаревания (expirationTime) вычисляется следующим образом:

expirationTime = responseTime + freshnessLifetime - currentAge

где responseTime — это время получения ответа по часам браузера, а currentAge — текущий возраст кеша.

Обновление статических ресурсов (Revved resources)

Чем больше ресурсов может быть взято из кеша, тем быстрее сайт реагирует на запросы и тем выше его производительность. Из этих соображений их «срок годности» имеет смысл делать как можно большим. Однако, возникает проблема с ресурсами, которые обновляются редко и нерегулярно. Как раз их кеширование даёт больше всего выгоды, но сильно затрудняет обновление. Такие ресурсы можно найти на любой веб-странице: файлы скриптов (JavaScript) и стилей (CSS) изменяются редко, но уж если это произошло, обновление надо произвести как можно быстрее.

Веб-разработчики разработали метод, который Стив Сандерс (Steve Sounders) назвал revving[1], что можно перевести как «оборачиваемость». Для редко обновляемых файлов используют особый способ именования: в их URL, обычно в имя файла, добавляют номер релиза или версии. Таким образом, каждая новая версия считается отдельным ресурсом, срок устаревания которого отодвинут далеко в будущее, как правило, на год, или больше. Недостатком этого метода является то, что для получения новых версий ресурса приходится обновлять все ссылки на него — это некоторое усложнение, справиться с которым разработчику помогает цепочка инструментов. Обновление статических ресурсов влечёт за собой обновление и часто изменяемых ресурсов. Когда считываются первые, считываются и новые версии вторых.

Этот метод имеет дополнительное достоинство: одновременное обновление двух кешированных ресурсов не приводит к ситуации, при которой устаревшая версия одного ресурса используется вместе с новой версией другого. Это очень важно для сайтов с взаимосвязанными файлами стилей CSS или JS-скриптов — связь может возникнуть, например, из-за ссылок на одни и те же элементы HTML-страницы.

Номер версии, добавляемый к статическому ресурсу, не обязательно записывать в виде стандартного номера версии наподобие 1.1.3, или другого возрастающего числового значения. Это может быть что угодно, позволяющее избежать совпадений — например, дата.

Валидация кеша запускается при нажатии пользователем кнопки перезагрузки. Кроме того, она может выполняться в ходе обычного просмотра страниц, если кешированный ответ включает заголовок «Cache-control: must-revalidate». Другим фактором являются настройки кеширования браузера — можно потребовать принудительной валидации при каждой загрузке документа.

При истечении срока годности документа он либо проходит валидацию, либо повторно доставляется с сервера. Валидация может выполняться только если на сервере реализован сильный валидатор или слабый валидатор.

Заголовки ETag

Заголовок ответа ETag является непрозрачным для клиентского приложения (агента) значением, которое можно использовать в качестве сильного валидатора. Суть в том, что клиент, например, браузер, не знает, что представляет эта строка и не может предсказать, каким будет её значение. Если в ответе присутствует заголовок ETag, клиент может транслировать его значение через заголовок If-None-Match (en-US) будущих запросов для валидации кешированного ресурса.

Заголовок ответа Last-Modified можно использовать в качестве слабого валидатора. Слабым он считается из-за того, что имеет 1-секундное разрешение. Если в ответе присутствует заголовок Last-Modified, то для валидации кешированного документа клиент может выводить в запросах заголовок If-Modified-Since.

При запросе на валидацию сервер может либо проигнорировать валидацию и послать стандартный ответ 200 OK, либо вернуть ответ 304 Not Modified (с пустым телом), тем самым указывая браузеру взять копию из кеша. В последнем случае в ответ могут входить также заголовки для обновления срока действия кешированного ресурса.

Заголовок HTTP-ответа Vary определяет, как по заголовкам будущих запросов понять, может ли быть использована копия из кеша, или нужно запросить новые данные у сервера.

Если кеш получает запрос, который можно удовлетворить сохранённым в кеше ответом с заголовком Vary, то использовать этот ответ можно только при совпадении всех указанных в Vary полей заголовка исходного (сохранённого в кеше) запроса и нового запроса.

Это может быть полезно, например, при динамическом предоставлении контента. При использовании заголовка Vary: User-Agent кеширующие сервера, принимая решение об использовании страницы из кеша, должны учитывать агент пользователя. Так можно избежать ситуации, когда пользователи мобильных устройств по ошибке получат десктопную версию вашего сайта. Вдобавок, это может помочь Google и другим поисковым системам обнаружить мобильную версию страницы, и может также указать им на то, что здесь нет никакой подмены контента с целью поисковой оптимизации (Cloaking).

Vary: User-Agent

Поскольку значение заголовка User-Agent различается («varies») у мобильных и десктопных клиентов, закешированный мобильный контент не будет по ошибке отсылаться пользователям десктопов и наоборот.

  • RFC 7234: Hypertext Transfer Protocol (HTTP/1.1): Caching
  • Caching Tutorial – Mark Nottingham
  • HTTP caching – Ilya Grigorik
  • RedBot, инструмент для проверки относящихся к кешу заголовков HTTP .

Last modified: , by MDN contributors

Настроить кэширование | База знаний Selectel

Время жизни кэша

Время жизни кэша на CDN-серверах

Закэшированные данные актуализируются в зависимости от настроек кэша. По умолчанию время жизни кэша составляет 24 часа. Раз в 24 часа CDN будет обращаться к источнику и проверять, не изменились ли закэшированные файлы. Если файлы изменились, то CDN их обновит, скачав с основного сервера.

При отсутствии запросов к файлам в течении длительного времени, файлы из кэширующего сервера удаляются автоматически. При новом запросе пользователя файл снова скачивается с основного сервера.

Изменить время жизни кэша можно на вкладке Настройки в блоке Настройки кэша, указав максимальное время жизни кэша на CDN-серверах и время жизни кэша в браузере.

Примечание: Вне зависимости от настроек кэша, если файл не запрашивался больше 36 часов, то он удаляется из кэша CDN-сервера.

Время жизни кэша в браузере

По умолчанию время кэширования в браузере задается HTTP-заголовком Cache-Control на источнике. Если заголовок не указан, в браузере контент кэшироваться не будет.

Игнорировать Set-Cookie

Опция позволяет кэшировать файл с разными Cookies как один объект, в противном случае CDN кэширует один и тот же файл с разными куками из HTTP-заголовка запроса Set-Cookie как разные файлы. В результате каждый новый запрос клиента проксируется на источник, а не отдается из кэша.

Игнорировать параметры запроса

Опция позволяет кэшировать файлы с разными параметрами запроса как объекты с одинаковым ключом независимо от значения параметров. Параметр запроса — это уникальная строка запроса (параметр после знака вопроса) в URL.

Всегда онлайн

Опция позволяет отдавать последний кэшированный контент, если источник контента недоступен при следующих ошибках:

  • error (сетевые проблемы)
  • timeout (время ответа не должно превышать 5 секунд)
  • invalid_header
  • updating (обновление кэша)
  • http_500
  • http_502
  • http_503
  • http_504
  • http_403
  • http_404
  • http_429

Доступность источника будет проверяться с каждым запросом пользователя. Если работоспособность источника восстановилась, CDN закэширует свежую версию файла. В случае, если работоспособность источника не восстановилась, CDN-серверы будут отдавать контент, пока не истечет время жизни кэша.

Ускорить кэширование больших файлов

Опция служит для ускорения кэширования больших файлов. Файлы размером более 10 МБ будут храниться в кэше частями по 10 МБ, например, файл объемом 56 МБ будет разбит на 6 частей: 5 из которых по 10 Мб и последняя — оставшийся объем.

Очистка кэша

Очистка кэша может потребоваться, например, в случае обновления контента на источнике или если данные в CDN отображаются некорректно.

Время очистки кэша зависит от количества файлов и занимает до 15 минут.

Выборочная очистка кэша

Для выборочной очистки кэша:

  1. Укажите относительный путь до файла или шаблон пути. Примечание: в начале пути всегда указывайте * или /. * заменяет любое количество символов.

    Каждый путь указывайте отдельной строкой, например:

    /path/file1.jpg 
*/images/*.jpg

  2. Нажмите кнопку Очистить кэш. Формирование запроса на очистку занимает около минуты. Когда запрос будет сформирован, начнется очистка.

Как очистить кэш отдельного файла cdn.site/static/image.jpg?

Введите путь до файла без доменного имени: /static/image. jpg. Нажмите кнопку Очистить кэш. Все файлы будут удалены по адресу cdn.site/static/image.jpg, в том числе и файлы, имеющие параметры запроса .jpg?VERSION. Если используются параметры запроса, введите путь с параметрами запроса: /static/image.jpg?VERSION

Как очистить кэш для группы файлов, находящихся в cdn.site/static?

Введите маску пути без доменного имени и оператор *: /static/. Нажмите кнопку Очистить кэш.

Как очистить кэш группы файлов c расширением .jpg?

Введите оператор * и расширение файлов: *.jpg. Нажмите кнопку Очистить кэш.

Все файлы с расширением jpg, в том числе и файлы имеющие параметры запроса .jpg?VERSION, будут удалены.

Как очистить кэш группы файлов, содержащих в пути /static/?

Введите маску пути без доменного имени и оператор * дважды: */static/*. Нажмите кнопку Очистить кэш.

Как очистить кэш группы файлов, содержащих в пути /static/ с расширением .jpg?

Введите маску пути, используйте оператор *: */static/*.jpg. Нажмите кнопку Очистить кэш.

Ограничения на очистку

Ограничения на очистку:

  • не более 1 запроса в минуту;
  • не более 10 шаблонов путей в запросе.

Полная очистка

Для полной очистки кэша:

  1. Выберите пункт Полная.
  2. Нажмите кнопку Очистить весь кэш. Формирование запроса на очистку занимает около минуты.
  3. Подтвердите отправку запроса на очистку.

Предзагрузка кэша

Для предзагрузки кэша:

  1. Укажите относительный путь до файла. В начале пути всегда указывайте /. Каждый путь указывайте отдельной строкой, например: /path/file1.jpg
  2. Нажмите кнопку Загрузить кэш.

Кэширование файлов — приложения Win32

Редактировать

Твиттер LinkedIn Фейсбук Эл. адрес

  • Статья
  • 4 минуты на чтение

По умолчанию Windows кэширует данные файлов, которые считываются с дисков и записываются на диски. Это означает, что операции чтения считывают данные файла из области системной памяти, известной как кэш системных файлов, а не с физического диска. Соответственно, операции записи записывают данные файла в системный файловый кэш, а не на диск, и этот тип кеша называется кешем с обратной записью. Кэширование управляется для каждого файлового объекта.

Кэширование происходит под управлением диспетчера кэша , который работает непрерывно во время работы Windows. Файловые данные в системном файловом кеше записываются на диск с интервалами, определяемыми операционной системой, и память, ранее использовавшаяся для этих файловых данных, освобождается — это называется очисткой кеша. Политика задержки записи данных в файл и удержания их в кэше до тех пор, пока кэш не будет очищен, называется ленивой записью и запускается диспетчером кэша через определенный интервал времени. Время, когда блок данных файла очищается, частично зависит от количества времени, в течение которого он был сохранен в кэше, и от количества времени, прошедшего с момента последнего доступа к данным в операции чтения. Это гарантирует, что данные файла, которые часто считываются, останутся доступными в кэше системных файлов в течение максимального времени.

Этот процесс кэширования файловых данных показан на следующем рисунке.

Как показано сплошными стрелками на предыдущем рисунке, область данных размером 256 КБ считывается в «слот» кэша размером 256 КБ в системном адресном пространстве, когда он впервые запрашивается диспетчером кэша во время операции чтения файла. Затем процесс пользовательского режима копирует данные из этого слота в свое собственное адресное пространство. Когда процесс завершает доступ к данным, он записывает измененные данные обратно в тот же слот системного кеша, как показано пунктирной стрелкой между адресным пространством процесса и системным кешем. Когда диспетчер кеша определяет, что данные больше не нужны в течение определенного периода времени, он записывает измененные данные обратно в файл на диске, как показано пунктирной стрелкой между системным кешем и диском.

Величина повышения производительности операций ввода-вывода, обеспечиваемая кэшированием файловых данных, зависит от размера читаемого или записываемого блока файловых данных. При чтении и записи больших блоков файловых данных более вероятно, что для завершения операции ввода-вывода потребуются операции чтения и записи с диска. Производительность ввода-вывода будет ухудшаться по мере увеличения количества таких операций ввода-вывода.

В таких случаях кэширование можно отключить. Это делается во время открытия файла путем передачи FILE_FLAG_NO_BUFFERING как значение параметра dwFlagsAndAttributes CreateFile . Когда кэширование отключено, все операции чтения и записи напрямую обращаются к физическому диску. Однако метаданные файла все еще могут кэшироваться. Чтобы сбросить метаданные на диск, используйте функцию FlushFileBuffers .

Частота промывки является важным фактором, который уравновешивает производительность системы и ее надежность. Если система очищает кеш слишком часто, количество больших операций записи, выполняемых при очистке, значительно снижает производительность системы. Если система не очищается достаточно часто, то выше вероятность того, что либо системная память будет исчерпана кешем, либо перед сбросом произойдет внезапный сбой системы (например, отключение питания компьютера). В последнем случае кэшированные данные будут потеряны.

Чтобы обеспечить правильное количество сбросов, диспетчер кэша каждую секунду порождает процесс, называемый отложенной записью. Процесс ленивой записи ставит в очередь одну восьмую страниц, которые недавно не были сброшены, для записи на диск. Он постоянно переоценивает объем сбрасываемых данных для оптимальной производительности системы, и если необходимо записать больше данных, он ставит в очередь больше данных. Ленивые писатели не сбрасывают временные файлы, так как предполагается, что они будут удалены приложением или системой.

Некоторые приложения, такие как антивирусное программное обеспечение, требуют, чтобы их операции записи были немедленно сброшены на диск; Windows предоставляет эту возможность посредством кэширования со сквозной записью. Процесс включает кэширование со сквозной записью для конкретной операции ввода-вывода, передавая флаг FILE_FLAG_WRITE_THROUGH в свой вызов CreateFile . При включенном кэшировании со сквозной записью данные по-прежнему записываются в кеш, но диспетчер кеша записывает данные немедленно на диск, а не использует отложенную запись с задержкой. Процесс также может принудительно сбросить файл, который он открыл, вызвав метод 9.0035 Функция FlushFileBuffers .

Метаданные файловой системы всегда кэшируются. Следовательно, чтобы сохранить любые изменения метаданных на диск, файл необходимо либо сбросить, либо открыть с помощью FILE_FLAG_WRITE_THROUGH .

Кэширование файлов в распределенных файловых системах

Кэширование файлов повышает производительность ввода-вывода, поскольку ранее прочитанные файлы хранятся в основной памяти. Поскольку файлы доступны локально, передача по сети обнуляется при повторных запросах этих файлов. Повышение производительности файловой системы основано на локальности шаблона доступа к файлам. Кэширование также помогает повысить надежность и масштабируемость.

Большинство современных распределенных файловых систем используют ту или иную форму кэширования. Схемы кэширования файлов определяются рядом критериев, включая степень детализации кэшированных данных, размер кэша (большой/малый/фиксированный/динамический), политику замены, расположение кэша, механизмы распространения изменений и проверку кэша.

Расположение кэша: Файл может храниться на диске или в основной памяти клиента или сервера в системе клиент-сервер с памятью и диском.

Диск сервера : Это всегда исходное место сохранения файла. Здесь достаточно места на случай, если этот файл будет изменен и станет длиннее. Кроме того, файл виден всем клиентам.

Преимущества: Нет проблем с согласованностью, поскольку каждый файл имеет только одну копию. Когда клиент хочет прочитать файл, требуются две передачи: с диска сервера в основную память и из основной памяти клиента на диск сервера.

Минусы:

  • Возможно, оба этих перевода займут некоторое время. Одну часть времени передачи можно избежать, кэшируя файл в основной памяти сервера для повышения производительности.
  • Поскольку основная память ограничена, потребуется алгоритм для определения того, какие файлы или части файлов следует хранить в кэше. Этот алгоритм будет основан на двух факторах: единице кэша и механизме замены, применяемом при заполнении кэша.

Основная память сервера : Вопрос заключается в том, следует ли кэшировать весь файл или только блоки диска, когда файл кэшируется в основной памяти сервера. Если кешировать полный файл, его можно хранить в смежных местах, а высокая скорость передачи приводит к хорошей производительности. Кэширование дисковых блоков делает кэш и дисковое пространство более эффективными.
Для решения последней проблемы используются стандартные методы кэширования. По сравнению со ссылками на память, ссылки на кэш встречаются довольно редко. Самый старый блок может быть выбран для вытеснения в LRU (наименее недавно использованный). Кэш-копию можно удалить, если на диске есть актуальная копия. Кэш-данные также могут быть записаны на диск. Клиенты могут легко и прозрачно получить доступ к кэшированному файлу в основной памяти сервера. Сервер может легко поддерживать согласованность дисков и копий файла в основной памяти. По словам клиента, в системе существует только одна копия файла.

Диск клиента : Данные также могут быть сохранены на жестком диске клиента. Хотя передача по сети сокращается, в случае попадания в кэш необходимо получить доступ к диску. Поскольку измененные данные будут доступны в случае потери данных или сбоя, этот метод повышает надежность. Затем информацию можно восстановить с жесткого диска клиента.
Даже если клиент отключен от сервера, доступ к файлу сохраняется. Поскольку доступ к диску может осуществляться локально, нет необходимости обращаться к серверу, что повышает масштабируемость и надежность.

Преимущества:

  • Повышенная надежность благодаря возможности восстановления данных в случае их потери.
  • Диск клиента имеет значительно большую емкость, чем основная память клиента. Можно кэшировать больше данных, что приводит к максимальному коэффициенту попаданий в кэш. Большинство распределенных файловых систем используют архитектуру передачи данных на уровне файлов, в которой кэшируется весь файл.
  • Масштабируемость повышается, поскольку доступ к диску может осуществляться локально.

Недостатки:

  • Единственным недостатком является то, что дисковое кэширование несовместимо с бездисковыми рабочими станциями. Каждый кеш требует доступа к диску, что приводит к значительному увеличению времени отклика. Необходимо решить, следует ли кэшировать в основной памяти сервера или на диске клиента.
  • Хотя кэширование сервера устраняет необходимость доступа к диску, по-прежнему требуется передача по сети. Кэширование данных на стороне клиента — это решение для сокращения времени передачи по сети. Должна ли система использовать основную память клиента или диск, зависит от того, нужно ли системе экономить место или повышать производительность.
  • Медленный доступ, если на диске больше места. Основная память сервера может быть в состоянии предоставить файл быстрее, чем диск клиента. Кэширование можно сделать на диске клиента, если размер файла очень большой. На рисунке ниже показан самый простой способ, т. е. отказ от кэширования.

Основная память клиента : После согласования того, что файлы должны кэшироваться в памяти клиента, кэширование может выполняться в адресном пространстве пользовательского процесса, в ядре или диспетчере кэша в качестве пользовательского процесса .
Второй вариант — кэшировать файлы в адресном пространстве каждого пользовательского процесса, как показано:

Библиотека системных вызовов отвечает за кэширование. Файлы открываются, закрываются, читаются и записываются во время выполнения процесса. Библиотека сохраняет наиболее часто используемые файлы, чтобы при необходимости их можно было использовать повторно. Обновленные файлы возвращаются на сервер после завершения операции. Когда отдельные процессы регулярно открывают и закрывают файлы, этот метод работает хорошо.
Это нормально для менеджеров баз данных, но не для программистов, работающих в условиях, когда доступ к файлам может быть закрыт.
Файл может быть кэширован в ядре, а не в адресном пространстве пользовательского процесса, как показано. Однако этот метод требует множества системных вызовов для доступа к файлу при каждом попадании в кэш.

Для кэширования файлов можно использовать отдельный менеджер кэша пользовательского уровня. В результате ядру больше не нужно поддерживать код файловой системы, и оно становится более изолированным и гибким. Ядро может принять решение о распределении памяти для программы и кэша во время выполнения. Ядро может хранить некоторые кэшированные файлы на диске, если менеджер кэша работает в виртуальной памяти, а блоки переносятся в основную память при попадании в кэш.

Преимущества :

  • Этот метод является более изолированным и гибким (поскольку ядру больше не нужно поддерживать код файловой системы)
  • Когда отдельные процессы регулярно открывают и закрывают файлы, время доступа уменьшается. Итак, прирост производительности максимальный.
  • Позволяет использовать бездисковые рабочие станции.
  • Способствует масштабируемости и надежности системы.

Недостатки :

  • Требуется отдельный менеджер кэша на уровне пользователя.
  • Принципы клиентского кэширования не имеют значения для виртуальной памяти, хотя менеджер кэша может блокировать некоторые часто запрашиваемые страницы.

Согласованность кэша — политика обновления кэша :

Когда кэш расположен на клиентском узле, несколько пользователей могут одновременно обращаться к одним и тем же данным или файлу в файловой системе. Если все кэши содержат одни и те же самые последние данные, они считаются согласованными. Возможно, что данные станут несогласованными, если некоторые пользователи изменят файл. Распределенная система, использующая DFS, должна обеспечивать согласованность своих копий данных.
В зависимости от того, когда следует распространять изменения на сервер и как проверять подлинность данных кэша, предоставляется множество стратегий согласованности. Тремя типами являются сквозная запись, запись при закрытии и централизованное управление.
Когда кеш находится на узле клиента и один пользователь записывает данные в кеш, он также должен быть виден другим пользователям. Письменная политика определяет, когда выполняется запись.

Существует четыре политики обновления кэша:

  • Сквозная запись : Когда новый пользователь редактирует запись в кэше с помощью этого метода, она немедленно записывается на сервер. Любая процедура, требующая файл с сервера, теперь всегда будет получать самую актуальную информацию. Рассмотрим следующий сценарий: клиентский процесс читает файл, кэширует его, а затем завершает работу. Другой клиент изменяет тот же файл и вскоре отправляет изменения на сервер.
    Если процесс запущен на первой машине с кэшированной копией файла, он получит устаревшую копию. Чтобы этого избежать, сравните время модификации обеих копий, кэшированной копии на машине клиента и загруженной копии на сервере, чтобы проверить файл с сервером.
  • Отложенная запись : Чтобы уменьшить непрерывный сетевой трафик, периодически записывайте все обновления на сервер или объединяйте их вместе. Он известен как «отложенная запись». Этот метод повышает производительность, позволяя выполнять одну операцию массовой записи, а не несколько небольших операций записи. В этом случае временный файл не сохраняется на файловом сервере.
  • Запись при закрытии : Один шаг вперед — записать файл обратно на сервер только после его закрытия. «Запись при закрытии» — так называется алгоритм. Вторая запись перезаписывает первую, если два кэшированных файла записываются друг за другом. Это сравнимо с тем, что происходит, когда два процесса читают или записывают данные в свое собственное адресное пространство, а затем выполняют обратную запись на сервер в однопроцессорной системе.
  • Централизованное управление : В целях отслеживания клиент отправляет информацию о файлах, которые он только что открыл, на сервер, который затем выполняет чтение, запись или и то, и другое. Несколько процессов могут читать из одного и того же файла, но как только один процесс откроет файл для записи, всем другим процессам будет отказано в доступе. После того, как сервер получит уведомление о закрытии файла, он обновит свою таблицу, и только после этого к файлу смогут получить доступ дополнительные пользователи.

Схема проверки кэша :

Когда данные кэша изменяются, политика распространения модификации сообщает, когда обновляется основная копия файла на узле сервера. Он не предоставляет информации о том, когда обновляются данные файлов в кэшах других узлов. Данные из файла могут храниться в кэшах многих узлов одновременно.
Когда другой клиент изменяет данные, соответствующие элементу кэша в главной копии файла на сервере, запись кэша клиента устаревает. Требуется проверить, совпадают ли данные, кэшированные на клиентском узле, с мастер-копией. Если это не так, кэшированные данные должны быть признаны недействительными, а новая версия данных должна быть запрошена с сервера.
Для проверки достоверности данных кэша используются 2 схемы:

  1. Подход, инициированный клиентом : Клиент подключается к серверу и проверяет, что данные, которые он имеет в своем кэше, соответствуют основной копии. Проверка может выполняться в разное время, как-
    • Проверка перед каждым доступом: Поскольку здесь сервер должен вызываться каждый раз при доступе, это сводит на нет фактическую цель кэширования данных.
    • Периодическая проверка: Проверка выполняется с заданным интервалом
    • Проверка открытия файла: Запись кэша проверяется при открытии файла.
  2. Инициированный сервером подход : Когда клиент открывает файл, он информирует файловый сервер о цели открытия файла — чтение, запись или и то, и другое. Затем файловый сервер обязан отслеживать, какой клиент работает с каким файлом и в каком режиме (режимах). Когда сервер определяет любую возможность несогласованности, когда файл используется различными клиентами, он реагирует.
    • Клиент уведомляет сервер о закрытии, а также о любых изменениях, внесенных в файл, когда он закрывает файл. Затем сервер обновляет свою базу данных, чтобы отразить, у каких клиентов какие файлы открываются в каких режимах.
    • Сервер может отклонить/поставить запрос в очередь или отключить кэширование, запросив, чтобы все клиенты, у которых открыт файл, удалили его из своих кэшей всякий раз, когда новый клиент запрашивает открытие файла, который уже открыт, и сервер обнаруживает любое несоответствие, которое там/может произойти.

Global File Cache — общий доступ к файлам в облаке

Зачем NetApp Global File Cache

Используйте облако для консолидации данных и сокращения расходов

Проверенный интеллектуальный глобальный файловый кэш NetApp позволяет распределенным предприятиям безопасно консолидировать разрозненные файловые серверы в единое глобальное хранилище в общедоступном облаке, что оптимизирует общее управление ИТ, значительно сокращает расходы и повышает производительность бизнеса в глобальном масштабе.

Централизация и консолидация серверов филиалов и ресурсов хранения

Глобальный файловый кэш

прозрачно развертывается на экземпляре Microsoft Windows Server, позволяя предприятиям консолидировать локальное хранилище и внедрять службы, такие как Microsoft Active Directory, DNS/DHCP, DNS, пространства имен DFS и распределение Microsoft Endpoint Configuration Manager, в свою унифицированную ИТ-инфраструктуру, что приводит к сокращению Сложность ИТ и значительная экономия средств.

  • Смотрите свой ROIarrow_forward

Основные варианты использования

Global File Cache создает программную структуру, которая кэширует наборы «активных данных» в распределенных офисах, чтобы обеспечить гарантированный прозрачный доступ к данным и оптимальную производительность в глобальном масштабе.

Консолидация распределенных файловых серверов

Используйте облачные технологии для единого пространства данных предприятия для всех пользователей, упростите управление данными и улучшите непрерывность бизнеса.

  • Смотреть видеоplay_circle_outline

Глобальные развертывания VDI

Включите региональные фермы VDI, чтобы поддерживать высокую производительность пользователей и хранить данные рядом с пользователями без необходимости репликации/синхронизации.

  • Смотреть видеоplay_circle_outline

Совместная работа с большими файлами

Включите «единый набор данных» для пользователей по всему миру, чтобы использовать виртуальные команды и повысить их производительность для групповых и совместных рабочих процессов.

  • Смотреть видеоplay_circle_outline

Преимущества

Global File Cache — это программное решение, обеспечивающее пользователям быстрый и безопасный доступ к данным путем кэширования активных наборов данных в распределенных офисах по всему миру. В любом месте и в любое время ваши данные непротиворечивы, а производительность гарантирована.

  • Консолидация
  • Оперативный
  • Эффективность
  • Прозрачность

Консолидация и централизация

Консолидируйте и централизуйте свои данные в общедоступном облаке и используйте масштабируемость и производительность решений для хранения корпоративного уровня.

Операционная эффективность

Создавайте единый набор данных для пользователей по всему миру и используйте интеллектуальное кэширование файлов для улучшения доступа к глобальным данным, совместной работы и производительности.

Экономическая эффективность

Положитесь на самоподдерживающийся, самоуправляемый кэш и избавьтесь от полных копий данных и резервных копий. Используйте локальное кэширование файлов для активных данных и сократите расходы на хранение.

Прозрачный доступ

Воспользуйтесь преимуществами прозрачного доступа из филиалов через глобальное пространство имен с централизованной блокировкой файлов в режиме реального времени.

Особенности

Обеспечьте безопасный и быстрый доступ к данным удаленных сотрудников в любом месте и в любое время.

Независимость от облачной платформы

Разверните Global File Cache вместе с Cloud Volumes ONTAP, Amazon FSx для NetApp ONTAP, Azure NetApp Files или Cloud Volumes Service для Google Cloud на любой из основных платформ гипермасштабирования, чтобы дать толчок проекту консолидации облака.

Сквозная безопасность

Полная интеграция с Microsoft Active Directory и контроль доступа к данным с помощью ACL и разрешений NTFS, а также шифрование данных в состоянии покоя и при передаче.

Экономия затрат

Используйте существующее оборудование или инфраструктуру виртуальных машин в распределенных местах, предоставляя файловые службы пользователям, разбросанным по всему миру.

Простота эксплуатации

Автоматическое управление с помощью самоподдерживающегося самоуправляемого кэша на периферии и консолидированной и централизованной среды хранения в ядре общедоступного облака.

Прозрачная интеграция

Благодаря доступу к данным и совместной работе в режиме реального времени пользователи будут чувствовать, что все они работают в одном офисе в любой точке мира, независимо от пропускной способности, задержки и расстояния.

Высокая производительность

Ускоренный доступ к данным, так как активные данные кэшируются локально в вашем офисе вместе с эффективной передачей данных по глобальной сети посредством сжатия, потоковой передачи и дельта-дифференциации.

  • Группа Роберта Берда
  • Метромонт
  • Консультанты ГЭИ
  • КАПИТА

Отзывы с локаций были фантастическими: пользователи отмечали, что им кажется, что они работают в локальной сети, а это именно то, к чему мы стремились.

Группа Роберта Берда

Мы рассматривали другие подобные решения, но цена и сравнимая производительность не могли конкурировать с NetApp Global File Cache.

Метромонт

NetApp Global File Cache был экономически выгодным и создавал ощущение, что информация находится на вашем локальном файловом сервере, даже если это не так.

Консультанты ГЭИ

Объединение данных с помощью программного обеспечения NetApp Global File Cache позволяет пользователям одновременно работать с большими файлами проекта из любого места. А в случае аварийного восстановления бизнес можно восстановить и запустить очень, очень быстро.

КАПИТА

Поддерживаемые платформы

Глобальный файловый кэш поддерживается всеми вариантами облачных томов во всех гиперскейлерах.

No related posts.