Адаптивный кеш замены - Adaptive replacement cache

Адаптивный кэш замены (ARC) это алгоритм замены страницы с лучшей производительностью[1] чем LRU (наименее недавно использованный). Это достигается путем отслеживания как часто используемых, так и недавно использованных страниц, а также истории недавнего удаления для обоих. Алгоритм был разработан[2] в IBM Исследовательский центр Альмадена. В 2006 году IBM получила патент на адаптивную политику замены кеша.

Резюме

Базовый LRU поддерживает упорядоченный список (каталог кэша) записей ресурсов в кэше с порядком сортировки, основанным на времени последнего доступа. Новые записи добавляются вверху списка после того, как нижняя запись была удалена. Попадания в кеш перемещаются вверх, а все остальные записи опускаются.

ARC улучшает базовую стратегию LRU, разделяя каталог кэша на два списка, T1 и T2, для недавно и часто используемых записей. В свою очередь, каждый из них расширяется призрак list (B1 или B2), который прикреплен в конце двух списков. Эти призрак списки действуют как системы показателей, отслеживая историю недавно удаленных записей кэша, и алгоритм использует призрак обращений для адаптации к недавним изменениям в использовании ресурсов. Обратите внимание, что призрак списки содержат только метаданные (ключи для записей), а не сами данные ресурса, т.е.когда запись вытесняется в призрак список его данные отбрасываются. Комбинированный каталог кэша организован в четыре списка LRU:

  1. T1 для последних записей в кэше.
  2. T2, для частых записей, упоминается как минимум дважды.
  3. B1, призрак записи, которые недавно были удалены из кеша T1, но все еще отслеживаются.
  4. B2, аналогичный призрак записи, но выселены из Т2.

T1 и B1 вместе называются L1, объединенная история недавних одиночных обращений. Аналогично, L2 - это комбинация T2 и B2.

Весь каталог кеша можно визуализировать в одной строке:

. . . [   B1 <-[     Т1 <-!-> Т2 ]-> B2 ] . .      [ . . . . [ . . . . . . ! . .^. . . . ] . . . . ]                [   фиксированный размер кеша (c) ]

Внутренний [ ] скобки обозначают фактический кэш, который, хотя и имеет фиксированный размер, может свободно перемещаться по истории B1 и B2.

L1 теперь отображается справа налево, начиная сверху, что обозначено значком ! маркер. ^ указывает целевой размер для T1 и может быть равен, меньше или больше фактического размера (как указано !).

  • Новые записи введите T1 слева от !, и постепенно сдвигаются влево, в конечном итоге вытесняются из T1 в B1 и, наконец, полностью выпадают.
  • Любая запись в L1, на которую ссылаются еще раз, получает еще один шанс и входит в L2, справа от центральной ! маркер. Оттуда он снова выталкивается наружу, из Т2 в В2. Записи в L2, получившие еще одно попадание, могут повторяться бесконечно, пока, наконец, не выпадут в крайнем правом углу B2.

Замена

Записи (повторные), поступающие в кеш (T1, T2), вызовут ! двигаться к маркеру цели ^. Если в кэше нет свободного места, этот маркер также определяет, удалит ли запись T1 или T2.

  • Удары в B1 увеличивают размер T1, нажимая ^ Направо. Последняя запись в T2 вытесняется в B2.
  • Хиты в B2 уменьшат T1, подталкивая ^ обратно влево. Последняя запись в T1 теперь вытесняется в B1.
  • Промах в кеше не повлияет ^, но ! граница приблизится к ^.

Развертывание

В настоящее время ARC используется в контроллерах хранения IBM DS6000 / DS8000.

Sun Microsystems масштабируемая файловая система ZFS использует вариант[3] ARC как альтернатива традиционному Солярис Кэш страниц файловой системы в виртуальной памяти. Он был изменен, чтобы разрешить заблокированные страницы, которые в настоящее время используются и не могут быть освобождены.

PostgreSQL на короткое время использовала ARC в своем диспетчере буферов (версия 8.0.0), но быстро заменила его другим алгоритмом, сославшись на опасения по поводу патента IBM на ARC.[4]

VMware vSAN (ранее Virtual SAN) - это гиперконвергентная программно-определяемая система хранения (SDS), разработанная VMware. Он использует вариант ARC в своем алгоритме кэширования. [5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ One Up на LRU, Usenix: логин; Август 2003 г.
  2. ^ Нимрод Мегиддо и Дхармендра Модха, 09.03.2010 архив домашней страницы АРК, с указателями на несколько статей
  3. ^ комментарии в Solaris ZFS arc.c исходный файл объясняет различия с оригинальной работой
  4. ^ Статья в Postgresql General Bits, "Сага об алгоритме и патенте ARC", опубликовано 6 февраля 2005 г.
  5. ^ Справочный документ, «Алгоритмы кэширования VMware vSAN»[постоянная мертвая ссылка ]

внешние ссылки