Оптимізація продуктивності кешування за допомогою гібридного метода кешування даних

DOI: 10.31673/2412-9070.2025.027500

Анотація

Кешування даних відіграє ключову роль у покращенні продуктивності та швидкості доступу до часто запитуваних ресурсів. Використання різних типів та методів кешування є вирішальним фактором для оптимальної продуктивності та надійності систем.
Ця технологія застосовується для зберігання ресурсів, які часто використовуються, у оперативні пам'яті, на диску або в гібридних системах, що поєднують обидва підходи. Використання оперативної пам'яті забезпечує високу швидкість доступу до даних, тоді як кешування на диску дозволяє зберігати більші обсяги даних. Гібридні системи об'єднують переваги обох методів, досягаючи балансу між швидкістю та обсягом зберігання.
Особливу увагу приділено алгоритмам кешування, що забезпечують ефективне управління даними в кеші. Розглянуто популярні алгоритми, такі як Least Recently Used (LRU), Least Frequently Used (LFU), First In, First Out (FIFO), Adaptive Replacement Cache (ARC) та Most Recently Used (MRU). Ці алгоритми аналізуються в контексті їх застосування для оптимізації продуктивності систем кешування.
Досліджено переваги та недоліки використання зазначених алгоритмів у різних сценаріях. Увага приділяється вирішенню проблем оптимізації розміру кешу, зниженню затримок при доступі до даних та підвищенню ефективності використання ресурсів. Запропоновано математичні моделі та методи аналізу продуктивності кешування, що дозволяють оцінити ефективність різних алгоритмів та оптимізувати налаштування систем кешування для досягнення максимальної продуктивності.
Запропоновано та реалізовано гібридний метод кешування, який поєднує алгоритми LRU та MRU шляхом динамічного перемикання між ними на основі аналізу дисперсії частоти доступу до даних. Цей підхід передбачає обчислення статистичних характеристик доступу до даних, що дозволяє системі адаптивно обирати найбільш підходящий алгоритм кешування в реальному часі. Використання цього методу дозволило підвищити продуктивність та ефективність кешування, зменшити кількість кеш-промахів та покращити загальну пропускну здатність системи.

Ключові слова: кешування даних, продуктивність, інформаційні системи, алгоритмикешування, гібридні системи, розподілене кешування, локальне кешування, оптимізація, аналіз продуктивності.