Least Recently Used (Наиболее давно использовавшийся)

Least Recently Used (LRU): в первую очередь, вытесняется неиспользованный дольше всех. Этот алгоритм требует отслеживания того, что и когда использовалось, что может оказаться довольно накладно, особенно если нужно проводить дополнительную проверку, чтобы в этом убедиться. Общая реализация этого метода требует сохранения «бита возраста» для строк кэша и за счет этого происходит отслеживание наименее использованных строк (то есть за счет сравнения таких битов). В подобной реализации, при каждом обращении к строке кэша меняется «возраст» всех остальных строк.

Вывод:

LRU (Least Recently Used) — вытесняется буфер, неиспользованный дольше всех;

Применение того или иного алгоритма зависит от стратегии кэширования данных. LRU наиболее эффективен, если данные гарантированно будут повторно использованы в ближайшее время.

31. Сформулируйте алгоритм выбора кандидата на удаление из кэша “Второй шанс”. Опишите его работу на простом примере. В чем его преимущества и недостатки?

Кэш или кеш (англ. cache, от фр. cacher — прятать; произносится [kæʃ] — кэш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из оперативной (ОЗУ) и быстрее внешней (жёсткий диск или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы.
В информатике под алгоритмами кэширования (часто называемыми алгоритмами вытеснения или политиками вытеснения, а также «алгоритмами/политиками замещения») понимают оптимизацию инструкций — алгоритмы — особая компьютерная программа или аппаратно поддерживаемая структура, способная управлять кэшем информации, хранимой в компьютере. Когда кэш заполнен, алгоритм должен выбрать, что именно нужно удалить из него, чтобы иметь возможность записи (в кэш) новой, более актуальной информации.
«Уровень попаданий» кэша означает то, насколько часто искомые данные обнаруживаются в кэше. Более эффективные политики вытеснения отслеживают обращения к наиболее используемой информации, чтобы улучшить уровень попаданий (при том же размере кэша).
«Латентность» кэша означает насколько быстро кэш может вернуть запрошенные данные непосредственно после запроса (в случае, если происходит «попадание»). Более быстрые стратегии вытеснения обычно отслеживают наименее используемую информацию — или, в случае кэша прямого отображения (direct-mapped cache), отсутствие информации, чтобы снизить затраты времени на обновление информации.
Каждая стратегия вытеснения является компромиссом между уровнем попаданий и латентностью.

 

32. Что такое “старение”, и как этот подход может применяться для улучшения работы алгоритмов выбора кандидата на удаления из кэша? Приведите простой пример. Какую проблему решает использование этого подхода?

The aging algorithm is a descendant of the NFU algorithm, with modifications to make it aware of the time span of use. Instead of just incrementing the counters of pages referenced, putting equal emphasis on page references regardless of the time, the reference counter on a page is first shifted right (divided by 2), before adding the referenced bit to the left of that binary number. For instance, if a page has referenced bits 1,0,0,1,1,0 in the past 6 clock ticks, its referenced counter will look like this: 10000000, 01000000, 00100000, 10010000, 11001000, 01100100. Page references closer to the present time have more impact than page references long ago. This ensures that pages referenced more recently, though less frequently referenced, will have higher priority over pages more frequently referenced in the past. Thus, when a page needs to be swapped out, the page with the lowest counter will be chosen.
Note that aging differs from LRU in the sense that aging can only keep track of the references in the latest 16/32 (depending on the bit size of the processor's integers) time intervals. Consequently, two pages may have referenced counters of 00000000, even though one page was referenced 9 intervals ago and the other 1000 intervals ago. Generally speaking, knowing the usage within the past 16 intervals is sufficient for making a good decision as to which page to swap out. Thus, aging can offer near-optimal performance for a moderate price.

В чем разница между копированием при записи (copy-on-write) и изменением на месте (in-place modification)? В чем преимущества и недостатки этих способов изменения хранимых данных? В каких случаях эффективно применять каждый из них? Что такое сквозной кэш?

Механизм копирования при записи (англ. Copy-On-Write, COW) используется для оптимизации многих процессов, происходящих в операционной системе, таких как например работа с памятью или файлами на диске (пример — ext3cow).

Главная идея Copy-on-write — при копировании областей данных создавать реальную копию только когда ОС обращается к этим данным с целью записи.

Например, при работе unix-функции fork() вместо копирования выполняетcя отображение образа памяти материнского процесса в адресное пространство дочернего процесса, после чего ОС запрещает обоим процессам запись в эту память. Попытка записи в отображённые страницы вызывает исключение (exception), после которого часть данных будет скопирована в новую область.

 

Copy-on-write (sometimes referred to as "COW") is an optimization strategy used in computer programming. The fundamental idea is that if multiple callers ask for resources which are initially indistinguishable, they can all be given pointers to the same resource. This function can be maintained until a caller tries to modify its "copy" of the resource, at which point a true private copy is created to prevent the changes becoming visible to everyone else. All of this happens transparently to the callers. The primary advantage is that if a caller never makes any modifications, no private copy need ever be created.