Державний комітет зв’язку та інформатизації України Львівський коледж Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій
Конспект лекцій для самостійної роботи з дисципліни
« Oпераційні системи»
Львів 2010 р.
Розділ 1. Основи операційних систем
Тема 1.2 Керування локальними ресурсами
Самостійна робота № 5 Реплікація та кешування. Проблеми взаємодії
операційних систем в гетерогенних мережах .(4 години)
Поняття кешування. Основи кешування. Поняття реплікації. Поняття
“internetworking” та “interoperability”. Гетерогенність.
План самостійної роботи
Поняття кешування.
Реплікація.
Поняття “internetworking” та “interoperability”.
Гетерогенність.
1 Поняття кешування
Пам'ять обчислювальної машини є ієрархією запам'ятовуючих пристроїв (внутрішні регістри процесора, різні типи надоперативної і оперативної пам'яті, диски, стрічки), відрізняються середнім часом доступу і вартістю зберігання даних з розрахунку на один біт. Користувачеві хотілося б мати і недорогу і швидку пам'ять. Кеш-пам'ять представляє деяке компромісне вирішення цієї проблеми.
Кеш-пам'ять - це спосіб організації сумісного функціонування двох типів запам'ятовуючих пристроїв, що відрізняються часом доступу і вартістю зберігання даних, який дозволяє зменшити середній час доступу до даних за рахунок динамічного копіювання в "швидкий" ЗП найбільш часто використовуваний даних з "повільного" ЗП.
Кеш-пам'яттю часто називають не тільки спосіб організації роботи двох типів ЗП, але і один з пристроїв - "швидкий" ЗП. Він коштує дорожче і, як правило, має порівняно невеликий об'єм.
У системах, оснащених кеш-пам'яттю, кожен запит до оперативної пам'яті виконується відповідно до наступного алгоритму:
- Є видимим вміст кеш-пам'яті з метою визначення, чи не знаходяться потрібні дані в кеш-пам'яті; кеш-пам'ять не є такою, що адресується, тому пошук потрібних даних здійснюється по вмісту - значенню поля "адреса в оперативній пам'яті", узятому із запиту.
- Якщо дані виявляються в кеш-пам'яті, то вони прочитуються з неї, і результат передається в процесор.
- Якщо потрібних даних немає, то вони разом зі своєю адресою копіюються з оперативної пам'яті в кеш-пам'ять, і результат виконання запиту передається в процесор. При копіюванні даних може опинитися, що в кеш-пам'яті немає вільного місця, тоді вибираються дані, до яких в останній період було менше всього звернень, для витіснення з кеш-пам'яті. Якщо дані, що витісняються, були модифіковані за час знаходження в кеш-пам'яті, то вони переписуються в оперативну пам'ять. Якщо ж ці дані не були модифіковані, то їх місце в кеш-пам'яті оголошується вільним.
Просторова локальність. Якщо відбулося звернення за деякою адресою, то з високим ступенем вірогідності найближчим часом відбудеться звернення до сусідніх адрес.
Тимчасова локальність. Якщо відбулося звернення за деякою адресою, то наступне звернення за цією ж адресою з великою вірогідністю відбудеться найближчим часом.
Всі попередні міркування справедливі і для інших пар пристроїв, що запам'ятовують, наприклад, для оперативної пам'яті і зовнішньої пам'яті. В цьому випадку зменшується середній час доступу до даним, розташованим на диску, і роль кеш-пам'яті виконує буфер в оперативній пам'яті.
У деяких файлових системах запити до зовнішніх пристроїв, в яких адресація здійснюється блоками, перехоплюються проміжним програмним шаром-підсистемою буферизації. Підсистема буферизації є буферним пулом, розташованим в оперативній пам'яті, і комплексом програм, керівників цим пулом. Кожен буфер пулу має розмір, рівний одному блоку. Під час вступу запиту на читання деякого блоку підсистема буферизації проглядає свій буферний пул і, якщо знаходить необхідний блок, то копіює його в буфер запитуючого процесу. Операція вводу-виводу вважається виконаною, хоча фізичного обміну з пристроєм не відбувалося. Очевидний виграш в часі доступу до файлу. Якщо ж потрібний блок в буферному пулі відсутній, то він прочитується з пристрою і одночасно з передачею запитуючому процесу копіюється в один з буферів підсистеми буферизації. За відсутності вільного буфера на диск витісняється найменш використовувана інформація. Таким чином, підсистема буферизації працює за принципом кеш-пам'яті.