Кэш: что это такое и как с ним справиться начинающим разработчикам

В компьютерных науках есть только две сложные вещи: инвалидация кэша и присвоение имен ~ Фил Карлтон

Прежде чем мы начнем говорить о инвалидации кэша, давайте посмотрим, что такое кэш на самом деле. Википедия говорит, что кэш — это просто промежуточный буфер с быстрым доступом к нему, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью.

В этой статье мы поговорим о трех наиболее часто используемых типах кэша:

• Кэш браузера
• Кэш сетей доставки контента (CDN — Content Delivery Network)
• Кэширование в базах данных

Назначение и тип кэша

Кэшем зовут промежуточный буфер обмена с быстрым доступом, где содержится информация, которая может быть повторно запрошена. А процесс записи данных в кэш принято называть кэшированием. Извлечение данных из кэша занимает меньше времени, в сравнении с медленной памятью или из удаленных источников. Поэтому главное назначение кэша – снизить временную задержку при доступе к информации и увеличить быстродействие устройства, программы или операционной системы.

Выделяют два типа кэша:

1. Аппаратный.
2. Программный.

Аппаратная реализация

Аппаратный кэш используется в электронных компонентах и мобильных устройствах – жестком диске, процессоре ПК или смартфона. В память с быстрым доступом помещаются и извлекаются копии часто используемых инструкций и записей. Причем если в HDD в качестве хранилища используется микросхема, то у центрального процессора для ПК или в составе мобильной платформы, кэш состоит из нескольких уровней именуемых L1, L2, L3 и т.д. Объем каждого последующего уровня кэша больше, при этом пропускная способность заметно ниже.

Организацию кэш-памяти центрального процессора для ПК рассмотрим на примере Intel Xeon E3-1240. Объем кэша L1 – 32 КБ на ядро, L2 – 256 КБ на ядро, а L3 – 8 МБ на все ядра. У более современных и многоядерных процессоров, объем памяти больше. Скорость чтения, записи и копирования, у каждого последующего уровня на 30-50% меньше. При этом пропускная способность самого медленного кэша L3 – в 6-8 раз выше, в сравнении с оперативной памятью.

Принцип работы кэша следующий. Благодаря заложенным алгоритмам, процессор заранее просчитывает, какой тип данных потребуется, для чего извлекает заранее подготовленные записи. Если же расчет выполнен неверно или нужная запись отсутствует, цепочка действий выстраивается заново, а поиск требуемых данных выполняется в удаленных разделах памяти – кэш L2 или L3, оперативная память или HDD. В обоих случаях продолжительность обработки запроса увеличивается. Читайте подробнее о назначении кэша в процессоре.

Для наглядного понимания работы кэш-памяти и скорости работы, представим в качестве задачи – приготовление салата в реальной жизни. Держа в уме рецепт, вы поочередно добавляете нужные ингредиенты, что находятся на столе. Если требуемого ингредиента под рукой нет, поиск переносится в другое место. Когда выяснится, что нужного компонента дома нет, вам придется сходить в ближайший магазин или съездить в отдаленный супермаркет, а затем вернуться и закончить приготовление. Именно такой путь проделывает процессор при выполнении каждой задачи.

Стоит отметить, что увеличить объем аппаратного кэша невозможно. И если для процессора это не критично, так как производитель устанавливает оптимальный объем памяти, то для жесткого диска лишней кэш память не будет. Поскольку часть памяти отведено под прошивку и микро ОС. Оптимальный объем 128 или 256 МБ.

Преимущества технологии

При осуществлении финансовых операций с помощью банкоматов или терминалов, где установлена функция кэш ин, не требуется предоставления документа, удостоверяющего личность.

Помимо этого:

• зачисление денежных средств происходит моментально;
• отсутствует комиссионный сбор при наличии партнерского соглашения между банковскими структурами;
• экономия времени, поскольку не требует стоять в очередях непосредственно в банковском отделении;
• терминалы самообслуживания в обозначенной функцией располагаются практически в каждом регионе страны.

Подобная система будет в дальнейшем только расширяться, поэтому ей можно будет пользоваться во всех банковских учреждениях.

Что такое кэш браузера

В браузере используется программная реализация кэширования на диск. Информация о просмотренных страницах сохраняется в выделенную область памяти. При следующем запросе, программа сначала ищет страницу в кэш-памяти. Если поиск удачен – загружает страницу, в ином случае скачивает повторно из интернета. Таким образом, достигается быстрая загрузка данных, что эффективно при слабом или отсутствующем подключении к интернету.

Из недостатков стоит отметить длительность поиска кэшированной страницы, на что влияет тип и загруженность накопителя, а так же общая конфигурация компьютера. На слабых машинах со старыми или изношенными дисками, скорость работы ощутимо ниже. Поэтому переполненную область данных рекомендуется периодически очищать. Узнайте подробнее как очистить кэш браузера, в нашем отдельном материале.

Как посмотреть кэш поисковой системы

Ссылка на сохраненную копию страницы размещается в сниппете в выдаче поисковых результатов. Чтобы ее увидеть, нужно нажать на стрелку рядом со ссылкой на страницу.

Так это выглядит в Яндексе:

А так – в Google:

Иногда в выдаче не показывается ссылка на сохраненную копию. Например, как здесь:

Это означает, что вебмастер по какой-то причине не хочет открывать доступ к кэшу посторонним лицам. Поэтому прописал атрибут Robots:

. После этого ссылка на кэш не отображается в результатах поисковой выдачи, но сама страница все равно индексируется поисковыми роботами, если это тоже не запрещено в файле robots.txt.

Что такое кэш на компьютере

На компьютере операционная система так же использует программную реализацию кэширования. Остаточные файлы обновления системы, отчеты различных служб, базы данных и т.д., обычно хранятся во временной выделенной области памяти на диске.

Так же на компьютере используется другой вид программного кэширования – файл подкачки. В скрытое от пользователя хранилище, игры и приложения записывают данные, что не поместились в оперативной памяти или что могут пригодиться позднее. Объем файла подкачки регулируется в операционной системе и позволяет частично компенсировать нехватку оперативной памяти.

Стоит отметить, что компьютер так же нуждается в удалении временных файлов для увеличения производительности. Смотрите детальнее как очистить кэш на компьютере.

Какие еще предоставляются возможности

С помощью cash in можно не только пополнять банковскую карточку, но и осуществлять другие финансовые операции. Например:

• производить погашение кредита;
• пополнять номер мобильного телефона;
• осуществлять оплату за питание и обучение детей в учебных заведениях;
• оплачивать различные виды коммунальных услуг;
• снимать или вносить денежные средства не только в рублях, но и в иностранной валюте (доллары, евро);
• осуществлять обмен валют.

Перечисление наличных можно осуществлять не только на свою банковскую карту. Допускается зачисление денежных средств друзьям, родным или другим гражданам Российской Федерации. Обязательно стоит обращать внимание на наличие партнерского соглашения между финансовыми учреждениями. Поскольку его отсутствие может стать неприятным сюрпризом для отправителя, так как будет снята комиссия за осуществляемую транзакцию.

Что такое кэш на телефоне

На телефоне, в частности с ОС Android, кэшем одновременно называют временные файлы, а так же дополнения к приложениям и играм. В первом случае, временные файлы образовываются в процессе работы программ. В число данных входят сохраненные страницы из интернета, миниатюры фотографий в галерее, отчеты о работе или сбоях и т.д.

Кэш в виде дополнения к играм или программам – неотъемлемая часть приложения для нормальной работы или доступа к дополнениям. В играх такой вид временных данных хранит текстуры, языковые пакеты, библиотеки и т.д. Если данные отсутствуют, то игра не запустится или не заработает на определенном этапе. В случае с программой, ограничения коснуться определенных функций.

В ОС Android кэш активных пользователей часто достигает 2 ГБ, что ощутимо заметно на устройствах, где 8 или 16 ГБ внутренней памяти. Для освобождения памяти или ускорения работы устройства, рекомендуется удалить ненужные файлы. Узнайте детальнее, как очистить кэш на андроиде в отдельной статье.

Сети доставки контента (CDN)

Сеть доставки контента (CDN) способна на больше, чем просто кэширование. Она хранит данные в географически распределенных местах, из-за чего время приема и передачи в конкретный географически локализованный браузер и обратно сокращается. Благодаря этому ваш браузер получает данные из ближайшего к вам узла сети CDN.

CDN следует тем же правилам, что и ваш браузер, и фактически просто становится еще одним посредником. Если срок действия кэша еще не истек, первый запрос от браузера в определенном временном окне достигает сервера, а затем последующие запросы уже будут обслуживаться из самой CDN.

Данный тип кэширования не только помогает сократить время отклика, но и снижает нагрузку на ваш сервер.

Инвалидация кэша в сетях доставки контента (CDN)

У разных провайдеров есть разные способы инвалидации кэша. Например, вы можете описать желаемое поведение кэша в заголовках ваших ответов с сервера. Большинство провайдеров также предоставляют свои собственные API-интерфейсы и возможность очистки кэша со своей панели управления.

Краткое резюме

• Существует аппаратный и программный кэш.
• Аппаратный кэш использует собственную память с быстрым доступом. Программный кэш – хранит данные в папке на диске.
• Аппаратный кэш способствует увеличению производительности компьютера, за счет уменьшения обращений к оперативной и дисковой памяти. Программный кэш ускоряет загрузку ранее просмотренной информации.
• Аппаратное увеличение кэш-памяти недоступно. Объем программной кэш-памяти ограничено свободным пространством на диске.
• Для освобождения памяти и увеличения быстродействия системы, программный кэш рекомендуется периодически очищать.
• Кэширование — процесс создания и сохранение в памяти копий файлов.
• Кэшированные данные — сохраненные копии файлов программ, приложений, страниц и др.

Способы зачисления

Функция «Сash in» проста в применении и к тому же предоставляет возможность производить пополнение пластика несколькими способами. А именно:

1. Использование терминалов самообслуживания своего банка. В данном случае, можно даже не использовать банковскую карточку, так как в терминале может быть установлена функция, требующая лишь указывания банковских реквизитов.
2. Использование аппаратов самообслуживания банков-партнеров. К примеру, в Альфа-Банке кэш ин для своих клиентов и владельцев карт партнерских банков осуществляется без взимания комиссионных сборов.
3. Через кассу в отделении банка. В этом случае зачисление на карту наличных происходит практически мгновенно. Однако некоторые банки берут комиссию за такой способ пополнения счета.
4. С помощью терминалов: Элекснет, Qiwi и подобных платежных систем.

Последний способ не очень практичный. Дело в том, что большинство компаний посредников взимают достаточно высокие комиссионные, а поступление на карточку может происходить на протяжении нескольких дней. Это не удобно, если денежные средства нужны срочно, да и необходимость уплаты процентов за операцию может стать заметным ударом по бюджету, особенно, если сумма большая.

Показатель FCFF (Free Cash Flow to the Firm)

Показатель «Free Cash Flow to the Firm» (FCFF) дословно переводится «свободный денежный поток фирмы». Это денежный поток за вычетом налогов и чистых инвестиций в основной и оборотный капитал.

Формула свободного денежного потока фирмы

FCFF = EBITDA × (1-Tax) + DA — CNWC — CAPEX

Где

• Tax — ставка налога на прибыль
• EBITDA — прибыль до уплаты процентов и налога
• DA — амортизация материальных и нематериальных активов (Depreciation & Amortization)
• CNWC — изменение в чистом оборотном капитале (Change in Net Working Capital)
• CAPEX — капитальные расходы (Capital Expenditure)

Денежный поток можно рассчитывать по следующим видам цен:

• Текущие
• Прогнозные (учитывают инфляцию и прогноз уровня добычи и других факторов)
• Дефлированные (с учетом инфляции по текущим ценам)

Дисконтирование Cash flow
Поскольку деньги обесцениваются каждый год, то и денежный поток сегодня не такой «крупный» как завтра. Чтобы внести поправки в будущую стоимость денег применяют коэффициент дисконтирования кэш флоу:

CF = 1/(1 + DS) × Time

Где

• DS – дисконтная ставка
• Time – период времени

Рекомендую ознакомиться:

• Ставка дисконтирования

Сurrency

Произношение и перевод:

Сurrency [ˈkʌrənsi] / [ку’ренси] – деньги/валюта

Значение слова:

Тип денег, которые использует страна.

Употребление:

Мы используем currency
для обозначения денег конкретной страны
, в русском языке мы говорим «валюта». Например, когда мы едем в отпуск, мы меняем свои деньги на currency той страны, в которую едем.

Пример:

Where can I exchange foreign currency

? Где я могу обменять иностранную валюту?

The local currency

is Euro. Местная валюта — это евро.