Existujú dve hlavné triedy vyrovnávacej pamäte, vyrovnávacia pamäť na čítanie a vyrovnávacia pamäť na zápis. Čítacia vyrovnávacia pamäť je nástroj, ktorý poskytuje rýchly prístup k údajom, ku ktorým by inak bol prístup pomalý. Pamäťová vyrovnávacia pamäť je nástroj, ktorý ponúka ilúziu vysokých rýchlostí zápisu a vo všeobecnosti skrýva pred používateľom skutočne nízku rýchlosť pamäťového zariadenia.
Štruktúra vyrovnávacej pamäte
Vyrovnávacia pamäť je zvyčajne uložená o jednu pamäťovú vrstvu nižšie ako skutočné údaje. Údaje z jednej vyrovnávacej pamäte sa však môžu ďalej ukladať do vyrovnávacej pamäte v ďalšej pamäťovej vrstve. Existujú štyri úrovne pamäte, pričom vyrovnávacia pamäť/registre CPU sú najnižšia a najrýchlejšia vrstva a archívne úložisko je najvyššia a najpomalšia vrstva. Najnižšie až najvyššie úrovne sú vyrovnávacia pamäť/registre CPU, systémová RAM, úložné jednotky a archívne úložisko.
Každý krok nadol v úrovniach pamäte ponúka vyššiu rýchlosť prístupu, ale zníženú kapacitu. Väčšina domácich používateľov má v skutočnom svete iba najnižšie tri úrovne úložiska. Archívne úložisko vo všeobecnosti označuje páskové úložisko určené na dlhodobé a offline ukladanie. Archívne úložisko môže tiež označovať používanie optických alebo iných štandardných pamäťových médií, ktoré boli odstránené zo zariadení a sú uchovávané offline. Tieto príklady sa podstatne častejšie vyskytujú v domácnosti, ale stále nie sú také bežné.
Poznámka: Do určitej miery by sa cloudové úložisko dalo považovať za variant archívneho úložiska. Je vo veľkej miere online, ale nemusí byť okamžite prístupný a vo všeobecnosti je prístupný pomaly. Vymeniteľné médiá, ako je pamäť USB, tiež trochu prekračujú hranicu medzi ukladacou jednotkou a archívnym úložiskom.
Typy diskovej vyrovnávacej pamäte
Disková vyrovnávacia pamäť sa vzťahuje na akúkoľvek vyrovnávaciu pamäť na „disku“, teda na úložné jednotky, ako sú SSD a HDD. Existujú tri typy vyrovnávacej pamäte disku. Vyrovnávacia pamäť na čítanie by zahŕňala dočasné skopírovanie niektorých údajov z archívneho úložiska, aby sa prístup urýchlil, keď je to potrebné. Zápisová vyrovnávacia pamäť môže mať formu vyrovnávacej pamäte SLC na SSD. I/O cache by vo všeobecnosti bola nejaká flash pamäť alebo DRAM používaná na vyrovnávanie operácií čítania aj zápisu. Charakteristickým znakom všetkých týchto je, že vyrovnávacia pamäť je na samotnom disku.
Prečítajte si diskovú vyrovnávaciu pamäť
Verzia vyrovnávacej pamäte na čítanie diskovej vyrovnávacej pamäte je pravdepodobne najmenej používaným typom vyrovnávacej pamäte disku. Archívne úložisko je už zo svojej podstaty len zriedka potrebné. Dáta je možné čítať aj priamo z archívnych médií. Problémom je rýchlosť. Čas prístupu je pomalý, pretože údaje sú offline, čo si vyžaduje identifikáciu a pripojenie vhodného úložného zariadenia. Rýchlosť čítania závisí od archivačného média, ale vo väčšine prípadov bude postačovať. Nemusí však byť ideálny pre požiadavky na veľkú šírku pásma, ako je napríklad sledovanie videa vo vysokom rozlíšení. V týchto scenároch je možné použiť vyrovnávaciu pamäť na čítanie disku na uloženie kópie video súboru do vyrovnávacej pamäte na pamäťové médium, ktoré ju dokáže prehrať v reálnom čase.
Zápis do vyrovnávacej pamäte disku
Moderné SSD disky sú extrémne rýchle a ponúkajú neuveriteľne rýchle čítanie a zápis. Možno si neuvedomujete, že to nie je technicky pravda. Väčšina SSD na trhu je TLC, alias Triple Layer Cells. To znamená, že každá pamäťová bunka môže uložiť tri bity dát. Aj keď to ponúka trojnásobnú hustotu úložiska v porovnaní s nespracovanými bunkami SLC (Single Layer Cells) s jedným bitom na bunku, je to tiež oveľa pomalšie.
Tip: TLC blesk je stále rýchly. Je to mnohonásobne rýchlejšie ako maximálna šírka pásma zbernice SATA 3, ktorú používajú pevné disky a skoršie disky SSD. QLC flash alebo Quad Level Cells sú ešte pomalšie, v niektorých testoch skutočne fungujú pomalšie ako HDD.
Cache SLC bola vynájdená, aby skryla nízku rýchlosť zápisu pred používateľom. SLC cache jednoducho zaobchádza s TLC flash ako s SLC flash, čo mu umožňuje pracovať pri vyšších rýchlostiach. Údaje zapísané do vyrovnávacej pamäte SLC sa potom interne skopírujú do formátu TLC tak rýchlo, ako to umožňuje rýchlosť zápisu. Táto technika funguje vynikajúco a ponúka zvyšujúce sa rýchlosti, ktoré si vyžiadali vývoj nových, rýchlejších štandardov.
SLC cache však majú určité výhrady. Veľkosť vyrovnávacej pamäte SLC je 1/3 zostávajúceho voľného miesta na SSD. Keď sa SSD zaplní, veľkosť vyrovnávacej pamäte SLC sa zníži. To nie je až taký problém na veľkých prázdnych jednotkách, ale môže to byť na menšom alebo takmer kapacitnom SSD disku. Po naplnení vyrovnávacej pamäte SLC používateľ vidí, že rýchlosť zápisu dramaticky klesá, pretože je vystavená skutočnej rýchlosti zápisu TLC.
Poznámka: Technicky, ak sa majú dáta v budúcnosti zapisovať na archívne médium, akýkoľvek úložný disk by sa mohol považovať za vyrovnávaciu pamäť pre zápis na archívne médium. Tento význam by sa však vo všeobecnosti nepredpokladal.
I/O disková vyrovnávacia pamäť
HDD sú vo všeobecnosti dosť pomalé, dokonca aj pri optimálnom pracovnom zaťažení. Aby ste to čo najviac skryli pred používateľom, môžete použiť I/O cache. I/O cache podľa potreby ukladá do vyrovnávacej pamäte operácie čítania aj zápisu. Táto vyrovnávacia pamäť sa zvyčajne skladá z pamäte Flash alebo DRAM v samotnej jednotke. Kapacity sú vo všeobecnosti nízke, aj keď trieda SSHD alebo Solid State Hybrid Drive s pamäťou Flash ponúka väčšie možnosti, aj keď nie je porovnateľná s modernými kapacitami SSD.
Ukladanie čítaní do vyrovnávacej pamäte znamená, že HDD nemusí hľadať a potom čítať údaje. To môže ponúknuť vynikajúce výkonnostné výhody, ale iba pri následných operáciách čítania. Prvé čítanie je vždy pomalé. Ukladanie zápisov do vyrovnávacej pamäte znamená, že malé operácie zápisu môžu byť absorbované do vyrovnávacej pamäte a potom zapísané na skutočný HDD tak rýchlo, ako to umožňuje. To ponúka vyššie rýchlosti, ale v prípade vyčerpania vyrovnávacej pamäte dôjde k veľkému poklesu výkonu.
I/O vyrovnávacia pamäť musí starostlivo vyvážiť potreby funkcií čítania a zápisu, najmä ak je k dispozícii iba malá vyrovnávacia pamäť. Väčšie vyrovnávacie pamäte tento problém do istej miery negujú, hoci okrajové prípady s veľkými súbormi údajov môžu stále preťažiť vyrovnávaciu pamäť flash najväčších SSHD.
Poznámka: Jednotky SSD môžu technicky využívať svoju vstavanú pamäť DRAM ako I/O cache. Toto sa však zvyčajne primárne alebo výlučne používa na uloženie tabuľky prekladu logickej adresy na fyzickú, ktorá sa používa na nájdenie údajov na SSD.
Záver
Disková vyrovnávacia pamäť je vyrovnávacia pamäť, ktorá existuje priamo na ukladacej jednotke. Môže mať formu vyrovnávacej pamäte na čítanie alebo zápis alebo vyrovnávacej pamäte I/O. Čítanie vyrovnávacej pamäte zvyčajne ukladá údaje do vyrovnávacej pamäte z pomalšieho archívneho úložiska. Vyrovnávacie pamäte pre zápis skryjú pred používateľom pomalé rýchlosti zápisu úložných diskov. I/O cache skrývajú pred používateľom pomalé čítanie aj pomalé zapisovanie.
Vyrovnávacie pamäte sú vynikajúce nástroje použiteľnosti, ale pri vyčerpaní môžu používateľom spôsobiť bolesti hlavy. Platí to najmä pre vyrovnávacie pamäte dynamického zápisu, ako je vyrovnávacia pamäť SLC. Ako netechnickí používatelia nemusia pochopiť, prečo sú ich rýchlosti zápisu také pomalé, a preto ich nedokážu vyriešiť riešením problémov s kapacitou.