Välimuistia

Välimuisti on nopea tallennuskerros, joka säilyttää kopioita tiedoista, joita on äskettäin tai usein käytetty. Sen tavoitteena on pienentää pääsyn viivettä ja vähentää tarvetta hakea samaa dataa useasti hitaammasta tallennuslaitteesta tai verkkopalvelusta. Välimuisti hyödyntää sekä temporaalista että spatiaalisiahavaintoja: usein käytetyt tiedot löytyvät nopeasti uudelleen ilman pääsyä alkuperäiseen tallennuslaitteeseen.

Välimuistien tyypit ja sijainnit ovat moninaiset. CPU-välimuistit (L1, L2, L3) sijaitsevat suorittimen läheisyydessä ja ovat pienimpiä mutta nopeimpia. Käyttöjärjestelmän sivuvälimuisti tallentaa levyjärjestelmän perässä käytettyjä lohkoja RAM-muistiin nopeuttaakseen I/O-operaatioita. Verkkovälimuistit, kuten selaimen välimuistit, välittävät verkkosivustoja ja resursseja paikallisesti sekä väliaikaisesti palvelimelta asiakkaalle, ja sisällönjakeluverkot (CDN) tarjoavat laajoja välimuistipalveluita maailmanlaajuisesti.

Toiminta perustuu välimuistin kokoonpanoon ja hallintaan. Välimuistin lohkoja kutsutaan usein välimuistilinjoiksi, joihin liittyvät avain-/tagitiedot sekä tilatietoa. Kun pyyntö osuu välimuistiin, syntyy hitti; muu tapaus on huti. Hävittäminen tai vanhentuneiden tietojen poistaminen tapahtuu evictiopolitiikoilla, kuten LRU ( Least Recently Used) tai FIFO. Moniytimiset järjestelmät tarvitsevat välimuistien koherensointia, jolloin useiden ytimien välimuistit pysyvät ajan tasalla.

Käyttökohteet: CPU-välimuistit nopeuttavat ohjelmien suorittamista, OS:n sivuvälimuisti nopeuttaa levy I/O:ta, ja verkkovälimuistit sekä CDN:t parantavat verkkosivujen latausnopeutta ja pienentävät palvelinrasitusta. Välimuistin suunnittelu ja hallinta vaikuttavat merkittävästi järjestelmän kokonaissuuntautuvuuteen.