حافظه پنهان فرآیند ذخیره سازی داده های مکرر در یک مکان ذخیره سازی موقت (کش) است تا زمان لازم برای بازیابی داده ها از منبع اصلی خود را کاهش دهد.
ذخیره سازی روشی برای ذخیره سازی اطلاعات است تا در آینده سریعتر به آنها دسترسی داشته باشید. مثل این است که یک نسخه از کتابی را که اغلب می خوانید روی میز کنار تخت خود نگه دارید، به جای اینکه مجبور باشید هر بار که می خواهید آن را بخوانید، به کتابخانه بروید. به همین ترتیب، هنگامی که از یک وب سایت بازدید می کنید، رایانه شما برخی از اطلاعات وب سایت را ذخیره می کند تا دفعه بعد که بازدید می کنید، سریعتر بارگذاری شود.
ذخیره سازی فرآیندی است که به بخشی جدایی ناپذیر از تجربه آنلاین روزمره ما تبدیل شده است. این روشی است برای ذخیره داده‌هایی که اغلب به آنها دسترسی پیدا می‌کند در حافظه پنهان، که یک منطقه ذخیره‌سازی موقت است. این امر دسترسی سریعتر به داده ها را تسهیل می کند و عملکرد برنامه و سیستم را بهبود می بخشد. ذخیره سازی به طور گسترده در مرورگرهای وب، سرورها و شبکه های تحویل محتوا استفاده می شود.
ذخیره سازی به شما امکان می دهد تا به طور موثر از داده های بازیابی یا محاسبه شده قبلی استفاده مجدد کنید، بنابراین زمان دسترسی به داده ها را کاهش می دهد. هنگامی که درخواستی برای داده‌هایی که قبلاً به آنها دسترسی داشته‌اند، ارسال می‌شود، حافظه پنهان می‌تواند مستقیماً به درخواست پاسخ دهد، بدون اینکه نیازی به بازیابی داده‌ها از محل ذخیره‌سازی اولیه‌اش باشد. این منجر به زمان پاسخ سریعتر و کاهش تاخیر می شود. کش معمولاً در سرورها برای بهبود عملکرد وب سایت استفاده می شود و می تواند در RAM یا روی دیسک پیاده سازی شود.
به طور کلی، کش کردن یک فرآیند ضروری است که روش دسترسی آنلاین ما به داده ها را متحول کرده است. این به بخشی اساسی از محاسبات مدرن تبدیل شده است و به ما امکان می دهد سریعتر و کارآمدتر به داده ها دسترسی پیدا کنیم. با کاهش تأخیر و بهبود عملکرد سیستم، حافظه پنهان به یک ابزار ضروری برای مشاغل و افراد تبدیل شده است.
Caching چیست؟
تعریف
کش فرآیند ذخیره سازی داده های پرکاربرد در یک منطقه ذخیره سازی موقت به نام کش است. هدف از کش بهبود عملکرد برنامه و سیستم با کاهش زمان لازم برای دسترسی به داده ها است. هنگامی که درخواستی برای داده‌هایی که در حافظه پنهان ذخیره می‌شوند، ارسال می‌شود، سیستم می‌تواند داده‌ها را از حافظه پنهان بازیابی کند، به‌جای اینکه مجبور باشد آنها را از منبع اصلی خود واکشی کند، که می‌تواند کندتر باشد.
ذخیره سازی چگونه کار می کند؟
هنگامی که درخواست داده می شود، سیستم حافظه پنهان را بررسی می کند تا ببیند آیا داده ها قبلاً در آنجا ذخیره شده اند یا خیر. اگر چنین باشد، سیستم داده ها را از حافظه پنهان بازیابی کرده و به کاربر ارائه می دهد. اگر داده ها در حافظه پنهان نباشد، سیستم آن ها را از منبع اصلی خود بازیابی می کند و برای استفاده های بعدی در کش ذخیره می کند. دفعه بعد که داده درخواست می شود، از حافظه پنهان ارائه می شود که سریعتر از واکشی آن از منبع اصلی است.
انواع حافظه پنهان
انواع مختلفی از کش وجود دارد، از جمله کش حافظه، کش در حافظه و کش دیسک. حافظه نهان داده ها را در حافظه کش سیستم ذخیره می کند که سریعتر از ذخیره آن روی دیسک است. کش درون حافظه داده ها را در حافظه رم سیستم ذخیره می کند که حتی سریعتر از کش حافظه است. حافظه پنهان دیسک داده ها را روی دیسک ذخیره می کند که کندتر از حافظه پنهان است اما می تواند داده های بیشتری را ذخیره کند.
حافظه پنهان همچنین می تواند در سطوح مختلف از جمله مرورگر وب، وب سرور، CDN (شبکه تحویل محتوا) و سرور مبدا انجام شود. مرورگرهای وب HTML، تصاویر و کدها را برای کاهش تعداد درخواست ها به وب سرور ذخیره می کنند. وب سرورها داده های پاسخ را برای کاهش بار روی CPU و بهبود عملکرد برنامه در حافظه پنهان ذخیره می کنند. CDN ها برای کاهش تأخیر و بهبود تجربه کاربر، محتوای حافظه پنهان را ذخیره می کنند. سرورهای مبدأ برای کاهش بار روی سرورهای پشتیبان و بهبود عملکرد برنامه، داده ها را در حافظه پنهان ذخیره می کنند.
APIها همچنین می توانند از کش برای بهبود عملکرد استفاده کنند. هنگامی که یک درخواست API انجام می شود، سیستم می تواند کش را بررسی کند تا ببیند آیا پاسخ قبلاً در آنجا ذخیره شده است یا خیر. اگر اینطور باشد، سیستم می تواند به جای پردازش مجدد درخواست، پاسخ را از حافظه پنهان ارائه کند.
در نتیجه، کش کردن یک تکنیک ارزشمند برای بهبود عملکرد برنامه و سیستم با کاهش زمان لازم برای دسترسی به داده‌های پرکاربرد است. با ذخیره داده ها در حافظه پنهان، سیستم ها می توانند داده ها را سریعتر بازیابی کنند و بار روی سرورهای باطن را کاهش دهند.
مزایای ذخیره سازی
حافظه پنهان تکنیکی است که می تواند با بهبود عملکرد، کاهش هزینه ها و افزایش توان عملیاتی، مزایای بی شماری را برای برنامه ها به ارمغان بیاورد. در اینجا برخی از مهم ترین مزایای ذخیره سازی وجود دارد:
عملکرد بهبود یافته
یکی از مزایای اصلی کش این است که می تواند عملکرد برنامه ها را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. این به این دلیل است که خواندن داده‌ها از حافظه نهان حافظه بسیار سریعتر از دسترسی به داده‌ها از یک ذخیره‌سازی دیسک محور است. با ذخیره داده‌هایی که به طور مکرر در دسترس هستند در RAM، کش کردن تأخیر مرتبط با دسترسی به داده‌ها از دستگاه‌های ذخیره‌سازی کندتر و طولانی‌مدت را کاهش می‌دهد. این می تواند تجربه کاربر را افزایش دهد و کارایی فرآیندهای مهم تجاری را افزایش دهد.
مقرون به صرفه
حافظه پنهان همچنین می تواند به کاهش هزینه های مرتبط با استفاده از پایگاه داده کمک کند. با ذخیره داده هایی که به طور مکرر در دسترس هستند در حافظه، کش تعداد دفعاتی که داده ها باید از پایگاه داده بازیابی شوند را کاهش می دهد. این می تواند به کاهش بار روی سرور پایگاه داده کمک کند، که به نوبه خود می تواند به کاهش استفاده از پایگاه داده و هزینه ها کمک کند.
توان عملیاتی بالاتر
حافظه پنهان همچنین می تواند به افزایش توان عملیاتی کمک کند، که مقدار داده ای است که می تواند توسط یک سیستم در مدت زمان معین پردازش شود. با ذخیره داده‌هایی که اغلب به آنها دسترسی پیدا می‌کنید، حافظه پنهان می‌تواند به کاهش زمان لازم برای بازیابی داده‌ها از پایگاه داده یا سایر دستگاه‌های ذخیره‌سازی کمک کند. این می تواند به افزایش توان عملیاتی کلی یک برنامه کمک کند.
کش می تواند اشکال مختلفی داشته باشد، از جمله کش وب، کش توزیع شده و کش در حافظه. برخی از راه حل های محبوب حافظه پنهان عبارتند از Redis، Memcached و Hazelcast. شبکه‌های تحویل محتوا (CDN) همچنین از حافظه پنهان برای ذخیره محتوایی که اغلب به آنها دسترسی دارند در مکان‌های جغرافیایی توزیع شده، کاهش زمان بارگذاری و محافظت در برابر حملات سایبری استفاده می‌کنند.
به طور کلی، کش یک تکنیک قدرتمند است که می تواند مزایای زیادی را برای برنامه ها به ارمغان بیاورد. با بهبود عملکرد، کاهش هزینه ها و افزایش توان عملیاتی، حافظه پنهان می تواند به اطمینان از سریع، کارآمد و قابل اعتماد بودن برنامه ها کمک کند.
بهترین روش‌های ذخیره در حافظه پنهان
کش ابزاری قدرتمند برای بهبود عملکرد و مقیاس پذیری برنامه های کاربردی وب است. با این حال، برای بهره برداری کامل از حافظه پنهان، پیروی از برخی از بهترین شیوه ها مهم است. در این بخش، برخی از بهترین روش‌های ذخیره‌سازی را مورد بحث قرار می‌دهیم.
عدم اعتبار کش
باطل کردن کش فرآیند حذف داده های قدیمی یا قدیمی از حافظه پنهان است. هنگام تغییر داده ها، برای اطمینان از به روز بودن داده های ذخیره شده، مهم است که حافظه پنهان را باطل کنید. چندین راه برای باطل کردن حافظه پنهان وجود دارد:
- زمان برای زندگی (TTL): یک محدودیت زمانی برای مدت زمانی که کش می تواند داده ها را ذخیره کند تعیین کنید. پس از انقضای TTL، حافظه پنهان باطل خواهد شد.
- هدر Cache-Control: از هدر Cache-Control برای تعیین مدت زمانی که کش می تواند داده ها را ذخیره کند استفاده کنید. این هدر همچنین می تواند برای تعیین تنظیمات مربوط به حافظه پنهان دیگر استفاده شود، مانند اینکه آیا حافظه نهان می تواند بین چندین کاربر به اشتراک گذاشته شود یا اینکه آیا حافظه نهان باید قبل از ارائه داده ها دوباره اعتبار سنجی شود.
- ابطال دستی: هنگامی که داده ها تغییر می کنند، کش را به صورت دستی باطل کنید. این را می توان با ارسال یک درخواست به سرور با یک هدر خاص که به سرور می گوید حافظه نهان را باطل کند، انجام می شود.
سیاست های جایگزینی حافظه پنهان
خط‌مشی‌های جایگزینی حافظه پنهان تعیین می‌کنند که چه مواردی باید از حافظه پنهان حذف شوند وقتی حافظه پنهان پر شد. چندین سیاست جایگزینی کش وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. برخی از رایج ترین سیاست ها عبارتند از:
- کمترین استفاده اخیر (LRU): موردی که اخیراً کمتر استفاده شده را از حافظه پنهان حذف کنید.
- اولین-در-اولین-بیرون (FIFO): قدیمی ترین مورد را از حافظه پنهان حذف کنید.
- کمترین استفاده (LFU): موردی که کمتر استفاده می شود را از حافظه پنهان حذف کنید.
هدر Cache-Control
هدر Cache-Control یک هدر HTTP است که رفتار حافظه پنهان را کنترل می کند. می‌توان از آن برای تعیین مدت زمانی که کش می‌تواند داده‌ها را ذخیره کند، اینکه آیا کش می‌تواند بین چند کاربر به اشتراک گذاشته شود، و اینکه آیا کش باید قبل از ارائه داده‌ها مجدداً اعتبارسنجی شود، استفاده می‌شود. هدر Cache-Control همچنین می تواند برای تعیین سایر تنظیمات مربوط به حافظه پنهان استفاده شود، مانند اینکه آیا کش باید داده ها را روی دیسک یا حافظه ذخیره کند.
ملاحظات دیگر
هنگام پیاده سازی کش، چندین ملاحظات دیگر وجود دارد که باید در نظر داشته باشید:
- مکان کش: محل ذخیره کش را در نظر بگیرید. کش کردن را می توان در حافظه اصلی، روی هارد دیسک یا شبکه تحویل محتوا (CDN) انجام داد.
- واحد مدیریت حافظه (MMU): هنگام ذخیره سازی در حافظه اصلی، MMU را در نظر بگیرید. MMU مسئول مدیریت تخصیص حافظه است و می تواند بر عملکرد حافظه پنهان تأثیر بگذارد.
- پایگاه داده Back-End: در هنگام کش کردن، پایگاه داده back-end را در نظر بگیرید. اگر داده های موجود در کش نیست syncبا استفاده از پایگاه داده back-end، می تواند منجر به ناسازگاری شود.
- ذخیره سازی CDN: هنگام استفاده از CDN، کش CDN را در نظر بگیرید. حافظه پنهان CDN می تواند عملکرد حافظه پنهان را با ذخیره داده ها در نزدیکی کاربر بهبود بخشد.
- ذخیره DNS: هنگام استفاده از CDN، کش DNS را در نظر بگیرید. کش DNS می تواند تأخیر جستجوهای DNS را کاهش دهد و عملکرد کش را بهبود بخشد.
در نتیجه، کش ابزار قدرتمندی برای بهبود عملکرد و مقیاس پذیری برنامه های کاربردی وب است. با پیروی از بهترین روش‌ها برای کش کردن، مانند باطل کردن حافظه پنهان، سیاست‌های جایگزینی حافظه پنهان، و استفاده از هدر Cache-Control، می‌توانید از کارآمد و مؤثر بودن حافظه پنهان اطمینان حاصل کنید.
فن آوری های ذخیره سازی
حافظه پنهان یک فناوری حیاتی است که عملکرد برنامه را با کاهش زمان پاسخگویی داده‌هایی که اغلب به آنها دسترسی دارند، بهبود می‌بخشد. فن‌آوری‌های کش را می‌توان به چهار دسته طبقه‌بندی کرد: ذخیره‌سازی درون حافظه، ذخیره‌سازی پروکسی، ذخیره‌سازی CDN و ذخیره‌سازی مرورگر.
کش در حافظه
حافظه پنهان داده‌هایی را که اغلب به آنها دسترسی پیدا می‌کنید، مانند DRAM ذخیره می‌کند تا زمان لازم برای بازیابی داده‌ها از دستگاه‌های ذخیره‌سازی کندتر را کاهش دهد. این فناوری در برنامه‌های کاربردی مختلفی مانند مدیریت جلسه، ذخیره‌سازی داده‌های کلید-مقدار و پایگاه‌های داده NoSQL استفاده می‌شود. ذخیره سازی درون حافظه می تواند زمان پاسخگویی یک برنامه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و تجربه کاربر را بهبود بخشد.
حافظه پنهان پروکسی
Proxy Caching داده‌هایی را که به طور مکرر به آنها دسترسی پیدا می‌کنند روی یک سرور پراکسی بین مشتری و سرور ذخیره می‌کند. هنگامی که یک کلاینت داده درخواست می کند، سرور پروکسی حافظه پنهان خود را بررسی می کند تا ببیند داده های درخواستی موجود است یا خیر. اگر داده در دسترس باشد، سرور پروکسی آن را بدون ارسال درخواست به سرور به مشتری برمی گرداند. پروکسی کش می تواند عملکرد برنامه را با کاهش استفاده از پهنای باند و زمان پاسخگویی سرور بهبود بخشد.
ذخیره سازی CDN
CDN Caching داده‌هایی را که به طور مکرر به آنها دسترسی پیدا می‌کنند در چندین سرور توزیع شده در سراسر جهان ذخیره می‌کند. هنگامی که یک کلاینت داده درخواست می کند، سرور CDN نزدیک به مشتری داده ها را برمی گرداند. CDN Caching می تواند عملکرد برنامه را با کاهش زمان پاسخگویی و استفاده از پهنای باند سرور بهبود بخشد. حافظه پنهان CDN معمولاً برای محتوای چندرسانه ای مانند تصاویر و فیلم ها استفاده می شود.
ذخیره مرورگر
Browser Caching داده‌هایی را که اغلب به آنها دسترسی پیدا می‌کنند در مرورگر مشتری ذخیره می‌کند. هنگامی که یک کلاینت داده درخواست می کند، مرورگر حافظه پنهان آن را بررسی می کند تا ببیند آیا داده های درخواستی موجود است یا خیر. اگر داده در دسترس باشد، مرورگر آن را بدون درخواست از سرور به مشتری برمی گرداند. حافظه پنهان مرورگر می تواند تجربه کاربر را با کاهش زمان پاسخگویی برنامه و استفاده از پهنای باند بهبود بخشد.
فن‌آوری‌های ذخیره‌سازی برای بهبود عملکرد برنامه و کاهش زمان پاسخگویی داده‌هایی که اغلب به آنها دسترسی دارند، ضروری هستند. با استفاده از فناوری های کش، توسعه دهندگان می توانند تجربه کاربری را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند و استفاده از پهنای باند سرور را کاهش دهند.
بیشتر بخوانید
حافظه پنهان فرآیند ذخیره سازی زیرمجموعه ای از داده ها در یک لایه ذخیره سازی داده با سرعت بالا است که معمولاً ماهیتی گذرا دارد، به طوری که درخواست های آینده برای آن داده ها سریعتر از آنچه که با دسترسی به محل ذخیره سازی اولیه داده ممکن است ارائه می شود. این امکان استفاده مجدد کارآمد از داده های بازیابی یا محاسبه شده قبلی را فراهم می کند (منبع: AWS). در محاسبات، کش یک جزء سخت افزاری یا نرم افزاری است که داده ها را ذخیره می کند تا درخواست های آینده برای آن داده ها سریعتر ارائه شوند. داده های ذخیره شده در حافظه پنهان ممکن است نتیجه محاسبات قبلی یا کپی از داده های ذخیره شده در جای دیگر باشد (منبع: ویکیپدیادر)).
شرایط عملکرد وب سایت مرتبط