存储系统 缓存工作原理

这里假设一个图书馆，假如说书就是要我们要放的数据，会怎么放。最土的办法就是随便往里面丢，然后毫无章法，这样每次找书我们就累死了，因为必须每一本书都要一本书一本书翻过去（有点像DB的全表扫描），如果运气好可能会在比较前面找到，最差情况下就是翻遍整个图书馆最后找到了这本书。

缓存是指将数据存储在相对较高访问速度速度的存储介质中，以供系统处理。缓存的本质是一个内存Hash表。数据缓存以一对Key、Value的形式存储在内存Hash表中。Hash表数据读写的时间复杂度为O（1）。缓存主要用来存放那些读写比很高、很少变化的数据。网站数据访问通常遵循二八定律，即80%的访问落在20%的数据上，因此利用Hash表和内存的高速访问特性，将这20%的数据缓存起来，可很好地改善系统性能

首先来看cache的地址映射 假设某个计算机的主存的地址空间大小为256MB，即2561024KB=2561024*1024B=28x210x210Byte=228Byte，按照字节编址,cache有8个cache行，行长为64Byte，那么cache与主存的映射关系如下图可以粗略表示。有效位是用来表示是否这个缓存行已经被占用。 对于缓存行来说。每一行是64B，那么对于主存来说，每一行假如也定义成64B，那么每一行的低位地址都可以表示成0～63，即000000～111111，因为cache有8行，因此，可

（一）缓存的意义 缓存最早是为了解决CPU运算速度和内存读写速度不匹配的矛盾。如今我们把能协调两种数据传输速度/处理速度有差异的组件的结构都称之为缓存。除了CPU和内存以外，内存和硬盘之间，硬盘与网络之间，都可以通过引入缓存来协调两种数据传输/处理速度有差异的组件。 ...

二、存储技术整理 （一）缓存 1. 写缓存 直写缓存 Write Through 概念： 当 CPU 要将数据写入时，会直接将高速缓存中的数据写入主内存。直至将数据存储至主内存，写入循环才能完成。 优势： 简化了计算机系统的设计，维持主存与缓存的一致性。通过直写，主存储器始终具有该行的最新副本。因此，读取完成后，主存储器始终可以使用请求的数据进行回复。 劣势： 需要的总线周期非常耗时，从而降低性能。 回写缓存 Write Back 概念： 每当 CPU 要将数据写入时，只会先更新缓存上的数据，高速缓存将充

一种存储系统缓存策略自适应方法 摘要 本发明特别涉及一种存储系统缓存策略自适应方法。该存储系统缓存策略自适应方法，通过对存储系统的数据访问请求进行统计分析，得出数据访问模式，并根据数据访问模式自动选择适合的缓存策略。该存储系统缓存策略自适应方法，解决了存储系统单一缓存策略不能够适应复杂多变的业务需求，缓存策略的变更需要手动进行的问题，使存储系统能够根据实际数据访问特性变化自动选择最

三种基本类型的缓存：绕写式（write-around），直写式（write-through）和回写式（write-back）。绕写式（write-around）缓存意味着所有数据首先被写入到硬盘区，当它成为合格的后，再基于读操作将它复制（注意不是移动）到闪存区。这意味着数据总是驻留在硬盘层，通常由RAID或镜像功能进行数据保护。其结果是，缓存区的闪存并不需要像上述分层模型中所要求的高可靠性。此外，...

为了同时得到较高的读写性能与较好的数据安全性，可以使用Write Back模式，并启用卷的高可用特性，即可实现多节点之间的缓存同步，避免单节点故障导致的缓存数据丢失。缓存中的数据由后台线程同步到底层磁盘，触发同步的时机有两种：数据在缓存中的存放时间超过阈值、缓存中待同步的数据量超过阈值。后台线程在同步之前，会对缓存中数据进行合并，将客户端的小IO转换为对底层磁盘的大IO，避免以低效的方式访问磁盘，进一步提升了客户端的写性能。空间局部性：一个位置的数据被访问后，在不久的将来该位置附近的数据很有可能也被访问。

文章目录前言单缓冲模式单缓冲模式改进: 双缓冲模式 前言 在存储系统写数据的过程中，出于性能上的考虑，新写的数据并不是每次都flush到目标存储中的，而是先放入到一个buffer空间里，等到buffer空间满了，再做一次flush出去的动作。这种情况和人们等车的例子极为类似，一辆车等人都上满了再开，才能保证更高的效率。但是这种缓冲设计模式还是存有一个主要弊端的，当缓冲数据满后将会阻塞住后面的数据...

本篇文章是对王道考研的2021计算机组成原理学习笔记，希望对大家有所帮助。 三、存储系统 3.1 基本概念 知识总览： 1.存储器的层次结构 主存——辅存：解决了主存容量不够的问题。 Cache——主存：解决了主存与CPU之间速度不匹配的问题。 2.存储器的分类 （1）按层次进行分类 （2）按传输介质进行分类 半导体：主存、Cache 磁表面存储器： 磁盘，磁带 光存储器 （3）按存取方式进行分类 相联存储器：可以按照内容检索到存储位置进行读写。 随机存取存储器（RAM）：读写任何一个存储.

1 数据存储的实现 介质实现数据存储必须有三个基本条件：存储介质的不同状态、存储介质的状态感知、存储介质的状态转换。 1，存储介质的不同状态： 根据磁性薄膜上剩余磁化方向不同实现此表面记录技术，磁化方向不同可表示电平的跳变，经解码识别为01，实现数据存储。 根据电平高低状态，实现用于记忆的电路，如半导体静态随机存取存储器（SRAM 6个晶体管组成）。 基于电阻值的大小存储数据，阻变存储器RRAM，相变存储器PCM、磁性存储器MRAM。 光盘表面采用不同波长激光产生凹坑大小不同，光盘记录容量也不同。 2，存储

open：系统调用，返回的是文件描述符，即文件句柄，是文件在文件描述副表里的索引。 fopen：C语言库函数，返回的是一个指向文件结构的指针。fopen是ANSI C标准中的C语言库函数，在不同的操作系统中应该调用不同的内核API，UNIX环境下，fopen是对open的封装。 文件描述符是UNIX/Linux下的一个概念，Linux环境下，一切设备皆是文件，一切设备皆是以文件的形式进行操作，如网络套接字、硬件设备等。 设备文件不可以当成流式文件来处理，因此，只能使用open，而fopen只是用来操纵正规文