что значит кэширование оперативной памяти

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

Оперативное вмешательство: разбираемся с утечками памяти

Оперативной памяти много не бывает: любой доступный объём достаточен лишь «до поры, до времени», а там найдётся, куда его применить. Хорошо, когда это действительно полезные задачи. Работа. Игры. Исследования. Плохо, когда оперативка заканчивается не по вине пользователя, но по раздолбайству разработчика.

Причин тому много, способов же решения… давайте обо всём по порядку.

Верните мой 97-й

Незаконный захват оперативной памяти приложениями – прямое следствие технологического прогресса. Вычислительных ресурсов, спасибо закону Мура, становится больше (да и цена их падает год от года), а стоимость работы высококвалифицированного специалиста, увы (и вновь к счастью для нас, IT’шников), следует обратной динамике. Приложения обрастают новыми возможностями, для быстрой разработки вводятся очередные слои абстракций… Двадцать лет назад код был куда ближе к «железу», нежели сейчас. Огромное число прослоек и промежуточных технологий – одно из многих зол, приводящих к плачевной ситуации. 15 мегабайт оперативной памяти для (!) калькулятора. Кошмар!

И ладно бы ситуация улучшалась, так нет: разработчики берут старые инструменты, придумывают еще более простые и многофункциональные новые, проходит несколько лет и цикл повторяется. Подумать только, недавно мы радовались CSS 3.0 и скругленным уголкам простым свойством объекта, затем Bootstrap’у, сейчас – очередной надстройке-комбайну. Write less, do more во все поля.

Комфортабельные троллейбусы из хлеба

Современные браузеры – это не только ценный гипертекст, но и три-четыре десятка полезных фич. Воспроизведение видео, работа с документами, и другие расширения – почти что операционка в миниатюре. С кучей собственных модулей от разных разработчиков, и всё это соединено кое-как. Работает зачастую так же. Миллион открытых вкладок, сложная вёрстка, фреймворк на фреймворке – одни из основных генераторов утечек.

Как бороться? Поставить какой-нибудь блокировщик рекламы и экстеншн типа The Great Suspender, который выгружает из памяти неиспользуемые страницы и сохраняет во вкладке «минимум» – удобно и эффективно снижает фоновый отжор памяти.

Не все adblock’и одинаково полезны

Да, софт, который вырезает назойливые баннеры и код всяких отслеживалок, в определенных случаях снижает нагрузку и на процессор, и на оперативку. Но не всегда. Эффективность данного решения зависит напрямую от качества его исполнения. Софт, работающий на уровне системы в роли прокси-сервера (отсекающий трафик с рекламных площадок до того, как он попадёт в браузер) сам по себе потребляет некоторый объём памяти, но он более-менее статичен. А вот расширения и модули для популярных браузеров создают монструозные конструкции на месте вырезанных рекламных фреймов. Да, рекламы на странице становится меньше, вот только потребление памяти данной вкладкой может вырасти не на каких-то 10-15%, а в несколько раз.

Проблемы кэширования ресурсов

Этим страдают в большинстве своём игры-песочницы, как стационарные, так и запускаемые внутри браузера: Factorio, Rim World, Minecraft с кучей модов… При определённом стечении обстоятельств (например, оставили производство на ночь, чтобы игра зарабатывала, пока вы спите) можно проснуться с наглухо повисшим компьютером. Ну или очень медленно работающим. При этом в плане оперативной памяти всё будет «ок» – сколько потребляла игра, столько и потребляет.

В 90% случаев такого поведения у пользователей установлен SSD и включены одновременно файл подкачки и режим гибернации. Игра сбрасывает неиспользуемые ресурсы из оперативки в своп, «Винда» кэширует их и сохраняет на случай ухода в сон, далее графика используется повторно и вновь откладывается в «долгий ящик». Вот только старые копии никуда не удаляются – спустя несколько часов, в зависимости от объёма накопителя, свободное место на нём заканчивается, система падает до перезагрузки и очистки временных файлов. Не пытайся игра «оптимизировать» расход оперативной памяти, выгружая и вновь подкачивая ресурсы – текла бы как обычно, с постепенным замедлением работы и последующим крашем.

Варианты решения: проверка гипотезы какой-нибудь утилитой типа TreeSize, удаление накопленных мусорных asset’ов, перенос подкачки на объёмный HDD или отключение гибернации в Windows 10, написание багрепорта на форум, ожидание патча.

У разработчика лапки

Иногда утечки – это просто утечки. Фотошоп любит и умеет отжирать большие объёмы памяти, особенно сразу после выхода нового номерного релиза. Благо в самом приложении есть инструмент ограничения доступного объёма оперативки (не стоит выделять больше 66%), назначения кэширующих дисков и всего такого. В качестве альтернативы можно подождать полгода и дождаться стабильной версии. Киллерфичи редко бывают настолько нужны, чтобы мириться с багами.

Торрент-клиенты. Множество одновременно установленных подключений, столько же одновременно скачиваемых файлов, проблемы с соединением – и соответствующий расход памяти. Решение – ограничение на количество исходящих соединений и скорости отдачи. Правильные коэффициенты подбираются вручную.

Софт принтеров / сканеров / камер. В анамнезе – написанный за еду индусский код: кривой, как камасутра. Медицина в этом случае бессильна – тут уж ибо использовать открытые / универсальные аналоги, либо писать багрепорты и молиться Шиве, чтоб тот покарал проклятых халтурщиков.

Майнер-малварь. Иногда утечка памяти «в никуда» – повод расчехлить антивирус. Главная защита криптовалют от «оптимизации» их добычи аппаратным методом – увеличение сложности алгоритма в направлении «нужно больше памяти для расчётов». Поэтому фоновые майнилки могут спалиться на потреблении оперативки. Причём приобщиться к числу «шахтёров» можно и незаметно для себя: чего стоит только известный скандал с uTorrent, «бонусом» к которому пользователи получали приложение-майнер Epic Scale. Да и один популярный трекер минувшей осенью засветился в фоновой добыче криптовалюты прямо в браузерах посетителей.

Война без конца

Пройдёт ещё немало времени до того, как будет написан качественный ИИ, способный разгрести завалы кривого кода. А пока приходится бороться с утечками памяти проверенными методами: с бубном, плетью и багрепортом. Или наращивать объёмы и не замечать этих самых утечек. Конечно, иметь на борту 16, 32 или даже 64 гига быстрой оперативки – это хорошо, и у Kingston всегда найдётся подходящее решение. Важно помнить, что кривому софту любой объём не помеха – просто с хорошим запасом оперативной памяти он дольше проработает без проблем.

Есть интересные примеры утечек памяти в системе? Пишите в комментах – всем будет интересно.

Источник

Что такое кэш в процессоре и зачем он нужен

Содержание

Содержание

Для многих пользователей основополагающими критериями выбора процессора являются его тактовая частота и количество вычислительных ядер. А вот параметры кэш-памяти многие просматривают поверхностно, а то и вовсе не уделяют им должного внимания. А зря!

В данном материале поговорим об устройстве и назначении сверхбыстрой памяти процессора, а также ее влиянии на общую скорость работы персонального компьютера.

Предпосылки создания кэш-памяти

Любому пользователю, мало-мальски знакомому с компьютером, известно, что в составе ПК работает сразу несколько типов памяти. Это медленная постоянная память (классические жесткие диски или более быстрые SSD-накопители), быстрая оперативная память и сверхбыстрая кэш-память самого процессора. Оперативная память энергозависимая, поэтому каждый раз, когда вы выключаете или перезагружаете компьютер, все хранящиеся в ней данные очищаются, в отличие от постоянной памяти, в которой данные сохраняются до тех пор, пока это нужно пользователю. Именно в постоянную память записаны все программы и файлы, необходимые как для работы компьютера, так и для комфортной работы за ним.

Каждый раз при запуске программы из постоянной памяти, ее наиболее часто используемые данные или вся программа целиком «подгружаются» в оперативную память. Это делается для ускорения обработки данных процессором. Считывать и обрабатывать данные из оперативной памяти процессор будет значительно быстрей, а, следовательно, и система будет работать значительно быстрее в сравнении с тем, если бы массивы данных поступали напрямую из не очень быстрых (по меркам процессорных вычислений) накопителей.

Если бы не было «оперативки», то процесс считывания напрямую с накопителя занимал бы непозволительно огромное, по меркам вычислительной мощности процессора, время.

Но вот незадача, какой бы быстрой ни была оперативная память, процессор всегда работает быстрее. Процессор — это настолько сверхмощный «калькулятор», что произвести самые сложные вычисления для него — это даже не доля секунды, а миллионные доли секунды.

Производительность процессора в любом компьютере всегда ограничена скоростью считывания из оперативной памяти.

Процессоры развиваются так же быстро, как память, поэтому несоответствие в их производительности и скорости сохраняется. Производство полупроводниковых изделий постоянно совершенствуется, поэтому на пластину процессора, которая сохраняет те же размеры, что и 10 лет назад, теперь можно поместить намного больше транзисторов. Как следствие, вычислительная мощность за это время увеличилась. Впрочем, не все производители используют новые технологии для увеличения именно вычислительной мощности. К примеру, производители оперативной памяти ставят во главу угла увеличение ее емкости: ведь потребитель намного больше ценит объем, нежели ее быстродействие. Когда на компьютере запущена программа и процессор обращается к ОЗУ, то с момента запроса до получения данных из оперативной памяти проходит несколько циклов процессора. А это неправильно — вычислительная мощность процессора простаивает, и относительно медленная «оперативка» тормозит его работу.

Такое положение дел, конечно же, мало кого устраивает. Одним из вариантов решения проблемы могло бы стать размещение блока сверхбыстрой памяти непосредственно на теле кристалла процессора и, как следствие, его слаженная работа с вычислительным ядром. Но проблема, мешающая реализации этой идеи, кроется не в уровне технологий, а в экономической плоскости. Такой подход увеличит размеры готового процессора и существенно повысит его итоговую стоимость.

Объяснить простому пользователю, голосующему своими кровными сбережениями, что такой процессор самый быстрый и самый лучший, но за него придется отдать значительно больше денег — довольно проблематично. К тому же существует множество стандартов, направленных на унификацию оборудования, которым следуют производители «железа». В общем, поместить оперативную память прямо на кристалл процессора не представляется возможным по ряду объективных причин.

Как работает кэш-память

Как стало понятно из постановки задачи, данные должны поступать в процессор достаточно быстро. По меркам человека — это миг, но для вычислительного ядра — достаточно большой промежуток времени, и его нужно как можно эффективнее минимизировать. Вот здесь на выручку и приходит технология, которая называется кэш-памятью. Кэш-память — это сверхбыстрая память, которую располагают прямо на кристалле процессора. Извлечение данных из этой памяти не занимает столько времени, сколько бы потребовалось для извлечения того же объема из оперативной памяти, следовательно, процессор молниеносно получает все необходимые данные и может тут же их обрабатывать.

Кэш-память — это, по сути, та же оперативная память, только более быстрая и дорогая. Она имеет небольшой объем и является одним из компонентов современного процессора.

На этом преимущества технологии кэширования не заканчиваются. Помимо своего основного параметра — скорости доступа к ячейкам кэш-памяти, т. е. своей аппаратной составляющей, кэш-память имеет еще и множество других крутых функций. Таких, к примеру, как предугадывание, какие именно данные и команды понадобятся пользователю в дальнейшей работе и заблаговременная загрузка их в свои ячейки. Но не стоит путать это со спекулятивным исполнением, в котором часть команд выполняется рандомно, дабы исключить простаивание вычислительных мощностей процессора.

Спекулятивное исполнение — метод оптимизации работы процессора, когда последний выполняет команды, которые могут и не понадобиться в дальнейшем. Использование метода в современных процессорах довольно существенно повышает их производительность.

Речь идет именно об анализе потока данных и предугадывании команд, которые могут понадобиться в скором будущем (попадании в кэш). Это так называемый идеальный кэш, способный предсказать ближайшие команды и заблаговременно выгрузить их из ОЗУ в ячейки сверхбыстрой памяти. В идеале их надо выбирать таким образом, чтобы конечный результат имел нулевой процент «промахов».

Но как процессор это делает? Процессор что, следит за пользователем? В некоторой степени да. Он выгружает данные из оперативной памяти в кэш-память для того, чтобы иметь к ним мгновенный доступ, и делает это на основе предыдущих данных, которые ранее были помещены в кэш в этом сеансе работы. Существует несколько способов, увеличивающих число «попаданий» (угадываний), а точнее, уменьшающих число «промахов». Это временная и пространственная локальность — два главных принципа кэш-памяти, благодаря которым процессор выбирает, какие данные нужно поместить из оперативной памяти в кэш.

Временная локальность

Процессор смотрит, какие данные недавно содержались в его кэше, и снова помещает их в кэш. Все просто: высока вероятность того, что выполняя какие-либо задачи, пользователь, скорее всего, повторит эти же действия. Процессор подгружает в ячейки сверхбыстрой памяти наиболее часто выполняемые задачи и сопутствующие команды, чтобы иметь к ним прямой доступ и мгновенно обрабатывать запросы.

Пространственная локальность

Принцип пространственной локальности несколько сложней. Когда пользователь выполняет какие-то действия, процессор помещает в кэш не только данные, которые находятся по одному адресу, но еще и данные, которые находятся в соседних адресах. Логика проста — если пользователь работает с какой-то программой, то ему, возможно, понадобятся не только те команды, которые уже использовались, но и сопутствующие «слова», которые располагаются рядом.

Набор таких адресов называется строкой (блоком) кэша, а количество считанных данных — длиной кэша.

При пространственной локации процессор сначала ищет данные, загруженные в кэш, и, если их там не находит, то обращается к оперативной памяти.

Иерархия кэш-памяти

Любой современный процессор имеет в своей структуре несколько уровней кэш-памяти. В спецификации процессора они обозначаются как L1, L2, L3 и т. д.

Если провести аналогию между устройством кэш-памяти процессора и рабочим местом, скажем столяра или представителя любой другой профессии, то можно увидеть интересную закономерность. Наиболее востребованный в работе инструмент находится под рукой, а тот, что используется реже, расположен дальше от рабочей зоны.

Так же организована и работа быстрых ячеек кэша. Ячейки памяти первого уровня (L1) располагаются на кристалле в непосредственной близости от вычислительного ядра. Эта память — самая быстрая, но и самая малая по объему. В нее помещаются наиболее востребованные данные и команды. Для передачи данных оттуда потребуется всего около 5 тактовых циклов. Как правило, кэш-память первого уровня состоит из двух блоков, каждый из которых имеет размер 32 КБ. Один из них — кэш данных первого уровня, второй — кэш инструкций первого уровня. Они отвечают за работу с блоками данных и молниеносное обращение к командам.

Кэш второго и третьего уровня больше по объему, но за счет того, что L2 и L3 удалены от вычислительного ядра, при обращении к ним будут более длительные временные интервалы. Более наглядно устройство кэш-памяти проиллюстрировано в следующем видео.

Кэш L2, который также содержит команды и данные, занимает уже до 512 КБ, чтобы обеспечить необходимый объем данных кэшу нижнего уровня. Но на обработку запросов уходит в два раза больше времени. Кэш третьего уровня имеет размеры уже от 2 до 32 МБ (и постоянно увеличивается вслед за развитием технологий), но и его скорость заметно ниже. Она превышает 30 тактовых циклов.

Процессор запрашивает команды и данные, обрабатывая их, что называется, параллельными курсами. За счет этого и достигается потрясающая скорость работы. В качестве примера рассмотрим процессоры Intel. Принцип работы таков: в кэше хранятся данные и их адрес (тэг кэша). Сначала процессор ищет их в L1. Если информация не найдена (возник промах кэша), то в L1 будет создан новый тэг, а поиск данных продолжится на других уровнях. Для того, чтобы освободить место под новый тэг, информация, не используемая в данный момент, переносится на уровень L2. В результате данные постоянно перемещаются с одного уровня на другой.

С кэшем связан термин «сет ассоциативности». В L1 блок данных привязан к строкам кэша в определенном сете (блоке кэша). Так, например, 8-way (8 уровень ассоциативности) означает, что один блок может быть привязан к 8 строкам кэша. Чем выше уровень, тем выше шанс на попадание кэша (процессор нашел требуемую информацию). Есть и недостатки. Главные — усложнение процесса и соответствующее снижение производительности.

Также при хранении одних и тех же данных могут задействоваться различные уровни кэша, например, L1 и L3. Это так называемые инклюзивные кэши. Использование лишнего объема памяти окупается скоростью поиска. Если процессор не нашел данные на нижнем уровне, ему не придется искать их на верхних уровнях кэша. В этом случае задействованы кэши-жертвы. Это полностью ассоциативный кэш, который используется для хранения блоков, вытесненных из кэша при замене. Он предназначен для уменьшения количества промахов. Например, кэши-жертвы L3 будут хранить информацию из L2. В то же время данные, которые хранятся в L2, остаются только там, что помогает сэкономить место в памяти, однако усложняет поиск данных: системе приходится искать необходимый тэг в L3, который заметно больше по размеру.

В некоторых политиках записи информация хранится в кэше и основной системной памяти. Современные процессоры работают следующим образом: когда данные пишутся в кэш, происходит задержка перед тем, как эта информация будет записана в системную память. Во время задержки данные остаются в кэше, после чего их «вытесняет» в ОЗУ.

Итак, кэш-память процессора — очень важный параметр современного процессора. От количества уровней кэша и объема ячеек сверхбыстрой памяти на каждом из уровней, во многом зависит скорость и производительность системы. Особенно хорошо это ощущается в компьютерах, ориентированных на гейминг или сложные вычисления.

Источник

Кэшированная Оперативная Память Windows 10 — Что Это и Как Очистить Кэш

В этой инструкции подробно о том, что означает кэшированная память в Windows 10, стоит ли переживать, что её много и о том, можно ли её очистить.

Любой пользователь Windows 10, открывший диспетчер задач и заглянувший на вкладку «Производительность» в раздел «Память» обнаружит пункт «Кэшировано», причем размер кэшированной памяти обычно тем значительнее, чем больше объем оперативной памяти на компьютере или ноутбуке.

Что значит «Кэшировано» в информации о памяти

Если в диспетчере задач вы подведёте указатель мыши к пустому разделу, обычно располагающемуся по центру графического представления «Структура памяти», вы увидите подпись: «Зарезервировано. Память, содержащая кэшированные данные и код, которые сейчас не используются» — речь ведётся именно о той оперативной памяти, которую вы видите в пункте «Кэшировано». Что это означает?

Кэшированная память в Windows 10 — это занятые, но неиспользуемые в настоящий момент страницы памяти, содержащие различные данные, которые могут потребоваться в дальнейшем для работы системных и сторонних процессов и которые эффективнее будет получить именно из оперативной памяти, а не снова прочитать с диска. Чем больше доступной неиспользуемой памяти, тем больший её объём может оказаться в состоянии «кэшировано».

Логику этого подхода можно описать следующим образом: в Windows 10 присутствуют различные механизмы ускорения работы системы и кэшированная память — один из них. При наличии неиспользуемой оперативной памяти эффективнее использовать её как кэш, а не освобождать сразу: сама по себе свободная память не приводит к ускорению работы: система и программы будут работать с одинаковой скоростью, независимо от того, свободно у вас 2 Гб RAM или 16. Проблемы могут возникнуть, когда свободной памяти не остаётся, но кэшированная память с большой вероятностью не станет причиной этого.

Очистка кэшированной памяти

Прежде всего, какая-либо очистка кэшированной памяти Windows 10 самостоятельными действиями, с помощью сторонних утилит или другими методами обычно лишена смысла: память «Кэшировано» освобождается системным менеджером памяти в первую очередь, когда RAM потребовалось для каких-либо задач, а доступной свободной оперативной памяти недостаточно.

В качестве примера: в первом разделе статьи приводился снимок экрана с состоянием ОЗУ в диспетчере задач на момент начала написания этого материала. Ниже — сразу после запуска редактора видео, открытия и запуска рендеринга проекта в нём.

Как можно увидеть, объём кэшированной памяти сократился на 2 Гб, в дальнейшем, по прекращении работы с «тяжелым» софтом её объём вновь будет прирастать по мере использования системы и всё это — нормальное поведение, не влияющее негативно на отзывчивость вашего ПК или ноутбука.

Существуют сторонние утилиты для быстрой очистки всей кэшированной оперативной памяти в Windows 10 и предыдущих версиях системы. Один из самых популярных инструментов — EmptyStandbyList.exe, демонстрация его использования после примечания. Ещё две программы, позволяющие выполнить очистку: Mem Reduct и Intelligent Standby List Cleaner.

Я не рекомендую подобные программы к использованию. Повторюсь: в рассматриваемом случае приятные для глаз числа свободной оперативной памяти, которые мы сможем получить, не приведут к повышению производительности системы или FPS в играх. В других сценариях, когда речь идёт не о кэшированной памяти, а о занятой и используемой RAM, при условии её нехватки для других задач высвобождение может иметь смысл, но это уже отдельная тема.

Упомянутую программу можно скачать с сайта разработчика: https://wj32.org/wp/software/empty-standby-list/ после этого для её использования:

При этом следует учитывать, что сразу после использования утилиты, по мере работы, объем кэшированной памяти вновь начнёт расти.

Источник