что значит кэш оперативной памяти

Содержание:

↑ Кэшированная оперативная память

Такие разные кэши

Перед тем как приступать к разбору обозначенного вопроса, следует сказать о том, что кэши бывают разные. Есть всем известный браузерный кэш — каталог файловой системы, в котором веб-обозреватели хранят временные данные; не менее известным типом кэша является располагающийся на физическом жёстком диске файл подкачки, в который система сбрасывает непомещающиеся в оперативную память данные; существуют и так называемые промежуточные кэши, например, служащая буфером между ОЗУ и центральным процессором кэш-память, реализованная в виде высокоскоростной микросхемы SRAM. Рассмотрим принцип её работы чуть более подробно.

Что такое кэш процессора, и как он работает

Когда ЦП обращается к оперативной памяти, чтобы считать или записать в неё данные, он сначала идентифицирует ячейку, с которой собирается работать. Для этого он формирует и отправляет в память запрос, RAM же его обрабатывает и открывает доступ процессору к хранящимся в соответствующей ячейке данным. Эта процедура занимает некоторое время, а поскольку процессор гораздо шустрее оперативной памяти, он вынужден ждать ответа от ОЗУ. Чтобы ускорить получение процессором данных из оперативной памяти, была придумана так называемая быстрая оперативная память, или иначе кэш-память.

Таким образом, кэшированная память сокращает время отклика и повышает общую производительность компьютера. Соответственно, чем больше у вас на компьютере такой памяти, тем быстрее он должен работать. Тут, наверное, у многих из наших читателей возникнет такой вопрос: если быстрая память так хороша, почему ею не заменяют обычную оперативную память? Ответ прост — всё дело в цене, кэш-память намного дороже обычной памяти, поэтому она используется в ограниченных объёмах.

↑ Что такое кэшированная память в Диспетчере задач

Кстати, сведения об этой памяти указаны также в оснастке «Монитор ресурсов», в котором она обозначена секцией синего цвета «Ожидание». По сути, кэшированная память представляет собой часть свободной оперативной памяти, выделенной под неиспользуемые данные наиболее приоритетных процессов.
В то же время кэшированная память не привязана жёстко к данным процессам, поэтому её страницы могут быть использованы для записи других, менее приоритетных процессов. Убедиться в этом вы можете сами, открыв пару десятков вкладок в браузере. Вы увидите, что объем доступной кэшированной памяти сразу станет меньше, а всё потому, что зарезервированные страницы были переданы браузеру для записи в них данных вкладок. Из этого следует, что беспокоиться вам нужно не о увеличении размера кэшированной памяти, а скорее наоборот — об уменьшении доступного объёма кэша при отсутствии свободной памяти, выделенной в Мониторе ресурсов голубым цветом.

Нужно ли очищать кэшированную память

Особой нужды в очистке кэшированной памяти нет, более того, постоянная принудительная её очистка может привести к неравномерной нагрузке процессора, более частому обращению к файлу подкачки и общему снижению производительности. Исключения составляют те случаи, когда вы точно установили связь между увеличением объёма кэшированной памяти с падением производительности, что иногда бывает в играх. Тогда на собственный страх и риск вы можете включить очистку кэша оперативной памяти.

Очистка кэшированной памяти в RAMMap и EmptyStandbyList

Самый простой способ обнулить кэш оперативную память — это воспользоваться бесплатной тулзой RAMMap, разработанной одним из сотрудников Microsoft Марком Руссиновичем. Утилита не требует установки, чтобы очистить в ней память, выберите в главном меню Empty → Empty Standby List. Объем кэшированной памяти тут же уменьшится в несколько раз, но уже через несколько минут система опять её зарезервирует.
Также вы можете воспользоваться такой утилитой как EmptyStandbyList, работающей по тому же принципу что и функция Empty Standby List в утилите RAMMap. В отличие от RAMMap, тулза EmptyStandbyList не имеет графического интерфейса, чтобы очистить с её помощью кэшированную память, достаточно просто запустить исполняемый файл. Естественно, через некоторое время кэш снова будет заполнен, если вы хотите это предотвратить, в Планировщике заданий вам нужно создать задачу, которая станет запускать исполняемый файл EmptyStandbyList.exe каждые 2, 3, 5, 10 или сколько вам нужно минут.

Откройте Планировщик командой taskschd.msc, справа нажмите «Создать» задачу
и выставьте настройки как показано на скриншоте. Обратите внимание, что в качестве пользователя мы указываем Систему, тогда как по умолчанию задание будет выполняться от имени учётной записи администратора. В условиях запуска (триггеры) указываем интервал между запусками задачи, на вкладке «Действия» указываем путь к исполняемому файлу утилиты. Сохраняем задание и проверяем его работу.

Использовать этот трюк или нет, решать вам. Если вы наблюдаете чрезмерное заполнение RAM-кэша, сопровождающееся снижением производительности в играх или при работе с «тяжёлыми» приложениями, пробуйте, в остальных случаях особого смысла в очистке кэша памяти мы не видим.

Источник

Что значит выделено и кэшировано памяти

Поговорим немного о памяти, а точнее об оперативной памяти. Наиболее часто мы слышим такие понятия как выделено и кэшировано. В чем смысл этих понятий? Давайте постараемся ответить на этот вопрос.

Дело в том, что в каждом компьютере установлена оперативная память. Она бывает разных размеров, но по факту вы получаете память которая выделена. К примеру у вас в системе установлено 6 Гб оперативной памяти, что значит, что выделено 6 Гб, под ваш компьютер. Разумеется, ка только вы включили компьютер и он загрузился, свободной памяти остается куда меньше, чем изначально. Все потому, что многие процессы, службы, библиотеки и программы, при включении компьютера, грузятся в оперативную память.

Теперь давайте разберемся, что значит кэшированная память.

Дело в том, что вы можете создать файл подкачки на вашем жестком диске. Когда оперативная память вашего компьютера будет полностью загружена, то файл подкачки будет использоваться как некая замена оперативной памяти. Другими словами, выделенное место на жестком диске, будет имитировать оперативную память. Работать конечно все будет куда медленнее нежели с нормальной оперативной памятью, однако это своего рода плата, за возможность хоть как-то работать в критические моменты.

Таким образом, мы разобрались, что значит выделенная память и кэшированная память. Надеемся, статья была вам полезна и вы нашли ответы на свои вопросы.

Источник

Системный кэш: что это, для чего используется и как изменить его размер в Windows?

Большинство пользователей компьютеров слышали о понятии системного кэша, но только далеко не все четко себе представляют, что это такое и для чего нужно. А многие, до конца не разобравшись, какая роль отводится этому компоненту в операционной системе, сразу пытаются производить с ним действия, касающиеся изменения размера. Насколько целесообразно производить изменение установленных по умолчанию параметров — рассмотрим далее.

Для чего нужен кэш, и насколько целесообразно его увеличение?

Начнем с того, что есть несколько видов кэша. Системный кэш, как уже понятно, используется под нужд Windows, а кэш программ предназначен для корректного функционирования приложений. Чаще всего с понятием кэша пользователи сталкиваются при работе с интернет-браузерами. Но что это такое и для чего нужно? Кэш, вне зависимости от типа, является своеобразным хранилищем временных файлов, за счет использования которых увеличивается скорость загрузки программы или открытие тех же страниц в Интернете. То есть пользователь имеет дело с неким резервируемым на жестком диске пространством, которое используется операционной системой или отдельно взятым приложением. Как увеличить системный кэш или кэш программ, пока не рассматриваем. Для начала давайте определимся, стоит ли это вообще делать? С одной стороны, нет ничего плохого в том, чтобы зарезервировать для хранения временных файлов побольше места на диске. Так думает большинство рядовых пользователей. Но на самом деле кэш можно увеличивать только до определенной степени, поскольку установка слишком большого размера приведет к тому, что системе при выполнении какой-то операции придется перебрать слишком много объектов для загрузки, пока она найдет необходимый. Соответственно, и время запуска программ существенно снизится. Кроме того, следует обратить внимание, что кэш резервируется на жестком диске, а скорость обращения к нему может существенно снижаться, например при возникновении ошибок, фрагментации файлов и т. д.

Как увеличить системный кэш в Windows 7 или в другой системе?

Теперь перейдем непосредственно к изменению размера резервируемого пространства. Для начала рассмотрим системный кэш Windows 7.

Для автоматического увеличения его размера необходимо использовать меню свойств компьютера с переходом к дополнительным настройкам. В параметрах быстродействия на вкладке «Дополнительно» необходимо отметить пункт оптимизации работы фоновых служб и кэша. Считается, что именно таким способом можно несколько снизить нагрузку на оперативную память и ускорить запуск программ.

Параметры файла подкачки

Иногда наряду с изменением размера кэша в сторону увеличения некоторые специалисты рекомендуют произвести дополнительные действия с так называемым файлом подкачки, который отвечает за работу и использование виртуальной памяти – такого же резервируемого объема на жестком диске, но используемого для выгрузки программных компонентов в случае нехватки оперативной памяти. Как и в случае с системным кэшем, нужно быть предельно осторожным. При малом объеме ОЗУ файл подкачки действительно можно немного увеличить, установив для него значение, которое в 1,5-2 раза превышает определяемое или рекомендуемое системой по умолчанию. Но и тут следует помнить, что при установке слишком большого объема можно добиться обратного эффекта, когда программы в приоритете будут производить обращение не к оперативной, а к виртуальной памяти. Повторимся: скорость доступа к винчестеру ниже, чем к планкам ОЗУ. Из-за этого мы получаем торможение программ при запуске или в процессе работы.

Негласно считается, что при установленных объемах оперативной памяти на уровне 8 Гб и более файл подкачки можно отключить вовсе, что никаким образом не скажется на работоспособности системы в отрицательную сторону. Наоборот, иногда можно добиться повышения производительности.

Параметры системного кэша в системном реестре

Параметры виртуальной памяти или кэша можно поменять и в системном реестре. Что касается стандартного автоматизированного увеличения системного кэша Windows 10, его лучше производить как раз именно в этом редакторе (regedit). Здесь нужно использовать ветку HKLM и через раздел SYSTEM и параметры текущего контроля перейти к папке MemoryManagement.

Здесь нас интересуют два параметра: DisablePagingExecutive и LargeSystemCache, которым могут быть присвоены значения либо нуля (отключение), либо единицы (включение). Первый ключ фактически дублирует отключение виртуальной памяти, а второй увеличивает системный кэш (система будет использовать не 8 Мб, установленных по умолчанию, а всю память, за исключением последних 4 Мб).

Настройки кэша в веб-обозревателях

В браузерах тоже имеются настройки, относящиеся к кэшу. Соответственно, резервируемый объем можно изменить. Для этого используются соответствующие настройки. Правда, в зависимости от разработчика самого обозревателя они могут находиться в совершенно разных разделах.

Например, в старой версии «Оперы» опции выставляются в настройках истории. В новой модификации браузера следует использовать свойства ярлыка, а в пути к исполняемому файлу в поле типа объекта дописать сочетание —disk-cache-size=Объем и нужный размер кэша в килобайтах (например, для 1 Гб это будет 1073741824 Кб).

Очистка кэша

С изменением размера кэша вроде бы все понятно. В завершение остается добавить, что производить очистку кэша рекомендуется если не постоянно, то хотя бы периодически, поскольку накопление временных файлов может существенно замедлять работу и системы, и программ. Производить эти действия в Windows можно путем обычной очистки системного диска, в браузерах – очисткой истории посещений, кэша и файлов Cookies.

Более удобным является использование всевозможных программ-оптимизаторов, в которых необходимо просто задействовать соответствующие модули оптимизации системы и очистки конфиденциальности в разделе выполнения проверки и устранения проблем в один клик.

Источник

Page-кэш, или как связаны между собой оперативная память и файлы

Ранее мы познакомились с тем, как ядро управляет виртуальной памятью процесса, однако работу с файлами и ввод/вывод мы опустили. В этой статье рассмотрим важный и часто вызывающий заблуждения вопрос о том, какая существует связь между оперативной памятью и файловыми операциями, и как она влияет на производительность системы.

Что касается работы с файлами, тут операционная система должна решить две важные проблемы. Первая проблема – удивительно низкая скорость работы жестих дисков (особенно операций поиска) по сравнению со скоростью оперативной памяти. Вторая проблема – возможность совместного использования единожды загруженного в оперативную память файла разными программами. Взглянув на процессы с помощью Process Explorer, мы увидим, что порядка 15 МБ оперативной памяти в каждом процессе тратится на общие DLL-библиотеки. На моем компьютере в данный момент выполняется 100 процессов, и, если бы не существовала возможность совместного использования файлов в памяти, то около 1,5 ГБ памяти тратилось бы только на общие DLL-библиотеки. Это, конечно, неприемлемо. В Linux, программы тоже используют разделяемые библиотеки типа ld.so, libc и других.

К счастью, обе проблемы можно решить, как говорится, одним махом – с помощью страничного кэша (page cache). Страничный кэш используется ядром для хранения фрагментов файлов, причем каждый фрагмент имеет размер в одну страницу. Для того, чтобы лучше проиллюстрировать идею страничного кэша, я придумал программу под названием render, которая открывает файл scene.dat, читает его порциями по 512 байт и копирует их в выделенное пространство в куче. Первая операция чтения будет осуществлена так, как показано на рисунке вверху.

После того, как будут прочитаны 12 KБ, куча процесса render и имеющие отношения к делу физические страницы будут выглядеть следующим образом:

Кажется, все просто, но на деле все, много чего происходит. Во-первых, даже несмотря на то, что наша программа использует обычные вызовы read(), в результате их выполнения в страничном кэше окажется три 4-килобайтных страницы с содержимым файла scene.dat. Многие удивляются, но все стандартные операции файлового ввода / вывода работают через страничный кэш. В Linux на x86-платформе, ядро представляет файл в виде последовательности 4-килобайтных фрагментов. Если запросить прочтение всего навсего одного байта из файла, то этого приведет к тому, что 4-килобайтный фрагмент, содержащий данный байт, будет целиком прочитан с диска и помещен в страничный кэш. Вообще говоря, в этом есть смысл, потому что, во-первых, производительность при непрерывном чтении с диска (sustained disk throughput) является достаточно высокой, и, во-вторых, программы обычно читают более одного байта из некоторой области файла. Страничный кэш знает о том, какое место в файле занимает каждый скэшированный его фрагмент; это изображено на рисунке как #0, #1, и т.д. В Windows используются 256-килобайтные фрагменты (называемые “view”), которые по своему предназначению аналогичны страницам в страничном кэше Linux.

При использовании обычных операций чтения, данные сначала попадают в страничный кэш. Программисту данные доступны порционально, через буфер, и из него он копирует их (в нашем примере) в область в куче. Данный подход к делу является крайне неэффективным – не только тратятся вычислительные ресурсы процессора и оказывается негативное влияние на процессорные кэши, но также происходит напрасная трата оперативной памяти на хранение копий одних и тех же данных. Если взглянуть на предыдущий рисунок, то будет видно, что содержимое файла scene.dat хранится сразу в двух экземплярах; любой новый процесс, работающий с этим файлом, скопирует эти данные еще раз. Таким образом, вот чего мы добились – несколько уменьшили проблему задержки при чтении с диска, но в остальном потерпели полную неудачу. Однако, решение проблемы существует – это «отображение файлов в память» (memory-mapped files):

Когда программист использует отображение файлов в память, ядро мэппирует виртуальные страницы напрямую в физические страницы в страничном кэше. Это позволяет добиться значительного прироста производительности – в Windows System Programming пишут об ускорении времени выполнения программы на 30% и более по сравнению со стандартными файловыми операциями ввода/вывода. Аналогичные цифры, только теперь уже для Linux и Solaris, приводятся и в книге Advanced Programming in the Unix Environment. С помощью данного механизма можно писать программы, которые будут использовать значительно меньше оперативной памяти (хотя тут многое также зависит от особенностей самой программы).

Как всегда, главное в вопросах производительности – это измерения и наглядные результаты. Но даже и без этого, отображение файлов в память вполне себя окупает. Интерфейс программирования – достаточно приятный и позволяет читать файлы как обычные байты в памяти. Ради всех преимуществ данного механизма не придется чем-то особенным жертвовать, например, читаемость кода никак не пострадает. Как говорится, флаг вам в руки – не бойтесь экспериментировать со своим адресным пространством и вызовом mmap в Unix-подобных системах, вызовом CreateFileMapping в Windows, а также разными оберточными функциями, доступными в высокоуровневых языках программирования.

Когда создается отображение файла в память, его содержимое попадает туда не сразу, а постепенно – по мере, того, как процессор отлавливает page faults, вызванные обращением к еще незагруженным фрагментам файла. Обработчик для такого page fault отыщит нужный page-фрейм в страничном кэше и осуществит мэппирование виртуальной страницы в данный page-фрейм. Если нужные данные до этого не были скэшированы в страничном кэше, то будет инициирована операция чтения с диска.

А теперь, вопрос. Представим, что программа render завершила выполнение, и никаких ее дочерних процессов тоже не осталось. Будут ли при этом тут же высвобождены страницы в страничном кэше, хранящие фрагменты файла scene.dat? Многие думают, что да – но это было бы неэффективно. Вообще, если попытаться проанализировать ситуацию, то вот что приходит в голову: достаточно часто мы создаем файл в одной программе, она завершает свое выполнение, затем файл используется в другой программе. Страничный кэш должен предусматривать такие ситуации. И вообще, зачем ядру в принципе избавляться от содержимого страничного кэша? Мы же помним, что скорость работы жесткого диска на пять порядков медленнее оперативной памяти. И если случается так, что данные ранее уже были скэшированы, то нам крупно повезло. Именно поэтому, из страничного кэша ничего не удаляется, по крайней мере до тех пор, пока есть свободная оперативная память. Страничный кэш не зависит от какого-то конкретного процесса, наоборот – это такой ресурс, который совместно использует вся система. Неделю спустя, вновь запустим render, и если файл scene.dat все еще находится в страничном кэше — ну, что ж, нам везет! Вот почему размер страничного кэша постепенно растет, а затем его рост вдруг останавливается. Нет, не потому что операционная система – полная фигня, которая съедает всю оперативу. А потому, что так и должно быть. Неиспользуемая оперативная память – это тоже своего рода напрасно растрачиваемый ресурс. Лучше использовать как можно больше оперативной памяти под страничный кэш, чем вообще никак не использовать.

Когда программа делает вызов write(), данные просто копируются в соответствующую страницу в страничном кэше, и она помечается флагом «dirty». Запись непосредственно на сам жесткий диск не происходит сразу же, и нет смысла блокировать программу в ожидании, пока дисковая подсистема станет доступной. Есть у этого поведения и свой недостаток – если компьютер упадет в синий экран, то данные могут так и не попасть на диск. Именно поэтому критически важные файлы, как например, файлы журнала транзакций баз данных, нужно синхронизировать специальным вызовом fsync() (но вообще, есть еще кэш контроллера жесткого диска, так что и здесь нельзя быть абсолютно уверенным в успешности операции записи). Вызов read() напротив блокирует программу до тех пор, пока диск не станет доступным и данные не будут прочитаны. Для того, чтобы несколько смягчить данную проблему, операционные системы используют т.н. «метод нетерпеливой загрузки» (eager loading), и примером этого метода является «опережающее чтение» (read ahead). Когда задействуется опережающее чтение, ядро производит упреждающую загрузку определенного количества файловых фрагментов в страничный кэш, предвосхищая тем самым последуюшие запросы на чтение. Можно помочь ядру с выбором оптимальных параметров для опережающего чтения, выбрав параметр в зависимости от того, как Вы собираетесь читать файл – последовательно или в произвольном порядке (вызовы madvise(), readahead(), в Windows — cache хинты). Linux использует опережающее чтение для файлов, отраженных в память; насчет Windows я не уверен. Наконец, можно вообще не использовать страничный кэш – за это ответственны флаги O_DIRECT в Linux и NO_BUFFERING в Windows; базы данных так довольно часто и поступают.

Мэппинг файла в память может быть двух типов – или private, или shared. Эти термины обозначают только то, как система будет реагировать на изменение данных в оперативной памяти: в случае с shared-мэппингами любое изменение данных будет сбрасываться на диск или будет видимым в других процессах; в случае с private-мэппингами этого не произойдет. Для реализации private-мэппингов, ядро опирается на механизм copy-on-write, который основан на определенном использовании записей в page-таблицах. В следующем примере, наша программа render, а также программа render3d (а у меня талант на выдумывание названий программ!) создают private-мэппинг для файла scene.dat. Затем, render пишет в область виртуальной памяти, которая поставлена в соответствие файлу:

То, что записи в page-таблицах являются read-only (см. на рисунке) не должно нас смущать; и это еще не означает, что мэппинг будет доступен только на чтение. Это просто такой прием, с помощью которого ядро обеспечивает совместное использование страницы разными процессами и оттягивает необходимость создавать копию страницы до самого последнего момента. Глядя на рисунок понимаешь, что термин “private” возможно и не самый удачный, но если вспомнить, что он описывает исключительно поведение при изменении данных, то все нормально. У механизма мэппирования есть и еще одна особенность. Допустим, есть две программы, которые не связаны отношениями «родительский процесс – дочерний процесс». Программы работают с одним и тем же файлом, но мэппирют его по-разному – в одной программе это private-мэппинг, в другой – shared-мэппинг. Так вот, программа с private-мэппингом (назовем ее «первой программой») будет видеть все изменения, вносимые второй программой в некоторую страницу, до тех пор, пока первая программа сама не попытается записать что-нибудь в эту страницу (что приведет к созданию отдельной копии страницы для первой программы). Т.е. как только отработает механизм copy-on-write, изменения, вносимые другими программами, уже видны не будут. Ядро не гарантирует подобного поведения, но в случае с x86-процессорами так и происходит; и в этом есть определенный смысл, даже с точки зрения того же API.

Что же касается shared-мэппингов, то здесь дела обстоят следующим образом. На страницы выставляются права «read/write», и они просто мэппируются в страничный кэш. Таким образом, кто бы не вносил изменения в страницу, это увидят все процессы. Помимо этого, данные сбрасываются на жесткий диск. Ну и наконец, если страницы на предыдущем рисунке были бы действительно read-only, то page fault, отловленный при обращении к ним, повлек бы за собой ошибку сегментации (segmentation fault), а не отработку логики copy-on-write.

Разделяемые библиотеки также отображаются в память как и любые другие файлы. В этом нет ничего особенного — все тот же private-мэппинг, доступный программисту через вызов API. Далее приводится пример, показывающий часть адресного пространства двух экземпляров программы render, использующих механизм отображения файлов в память. Помимо этого, показаны соответствующие области физической памяти. Таким образом мы можем увязать вместе те концепций, с которыми познакомились в данной статье:

На этом завершим нашу серию из трёх статей, посвященных основам работы памяти. Надеюсь информация была для вас полезной и позволила составить общее представление по данной теме.

Источник