Книга: Искусство программирования для Unix

12.4.3. Кэширование результатов операций

12.4.3. Кэширование результатов операций

Иногда можно получить оба преимущества (низкую задержку и хорошую пропускную способность) путем вычисления дорогостоящих результатов по мере необходимости и их кэширования для последующего использования. Выше было сказано, что в службе named задержка сокращается путем пакетирования. Кроме того, задержка в named уменьшается с помощью кэширования результатов предыдущих транзакций с другими DNS-серверами.

Кэширование имеет собственные проблемы и компромиссные решения, которые хорошо иллюстрируются одним примером: использование двоичного кэша для устранения издержек синтаксического анализа, связанного с файлами текстовых баз данных. В некоторых вариантах операционной системы Unix данная методика использовалась для ускорения доступа к парольной информации (обычным обоснованием было сокращение задержки при регистрации в системе на очень крупных узлах).

Для того чтобы обеспечить соответствующую отдачу от использования данной методики, необходимо чтобы весь код, обращающийся к бинарному кэшу, проверял временные метки на обоих файлах и обновлял кэш в случае, если мастер-текст имеет более позднюю метку. С другой стороны, все изменения мастер-текста должны выполнятся посредством упаковщика, который обновляет двоичный формат.

Несмотря на то, что данный подход оказывается работоспособным, он обладает всеми недостатками, которые можно ожидать при нарушении правила SPOT. Дублирование данных означает, что в результате не будет никакой экономии пространства, т.е. это исключительно оптимизация скорости. Однако реальная проблема данного подхода заключается в том, что код для обеспечения когерентности между кэшем и мастер-текстом печально известен как "текучий" и чреватый ошибками. Очень частое обновление файлов кэша может привести к неочевидной конкуренции просто ввиду односекундного разрешения временных меток.

Но когерентность все-таки можно гарантировать в простых случаях. Одним из них является интерпретатор языка Python, который компилирует и сохраняет на диске файл p-кода с расширением .pyc, когда файл библиотеки Python импортируется впервые. При последующих проходах кэшированная копия p-кода загружается, в случае если источник с тех пор не изменялся (это позволяет избежать повторного синтаксического анализа исходного кода библиотеки при каждом проходе). Подобная методика используется в Emacs Lisp (файлы .el и . .elc). Данная методика работоспособна, так как доступ для чтения и для записи кэша осуществляется посредством одной программы.

Однако, когда модель обновления главных файлов более сложна, код обеспечения синхронизации склонен к утечкам. Unix-варианты, использующие данную методику для ускорения доступа к критически важным системным базам данных, имели дурную репутацию среди системных администраторов.

Как правило, файлы бинарного кэша являются хрупкой методикой, и, вероятно, будет лучше избегать их использования. Усилия, затраченные на реализацию специализированных средств для сокращения задержки, в данном случае было бы целесообразнее направить на совершенствование конструкции приложения, так чтобы в ней не было "бутылочного горлышка", или даже на тонкую настройку для повышения скорости файловой системы или реализации виртуальной памяти.

Если ситуация на первый взгляд требует использования методики кэширования, то разумно будет взглянуть на уровень глубже и ответить на вопрос: почему вообще понадобилось кэширование? Решение данной проблемы вполне может оказаться не сложнее, чем правильное решение всех граничных случаев в кэширующем программном обеспечении.

Оглавление книги