Дисковый кэш

Кэширование или, точнее, буферизация данных при работе с диском имеет смысл и во многих случаях может приводить к значительному повышению производительности системы.

Отложенная запись. Само по себе откладывание записи не повышает скорости обмена с диском, но позволяет более равномерно распределить загрузку канала.

Группировка запросов на запись. Система имеет пул буферов отложенной записи, который и называется дисковым кэшем. При поступлении запроса на запись, система выделяет буфер из этого пула и ставит его в очередь к драйверу. Если за время нахождения буфера в очереди в то же место на диске будет произведена еще одна запись, система может дописать данные в имеющийся буфер вместо установки в очередь второго запроса

Собственно кэширование. После того как драйвер выполнил запрос, буфер не сразу используется повторно, поэтому какое-то время он содержит копию записанных или прочитанных данных. Если за это время произойдет обращение на чтение соответствующей области диска, система может отдать содержимое буфера вместо физического чтения.

Опережающее считывание. При последовательном обращении к данным чтение из какого-либо блока значительно повышает вероятность того, что следующий блок также будет считан.

Сортировка запросов по номеру блока на диске. По идее, такая сортировка должна приводить к уменьшению времени позиционирования головок чтения/записи. Кроме того, если очередь запросов будет отсортирована, это облегчит работу алгоритмам кэширования, которые производят поиск буферов по номеру блока.

Кэширование значительно повышает производительность дисковой подсистемы, но создает ряд проблем, причем некоторые из них довольно неприятного свойства.

Первая из проблем - та же, что и у отложенной записи вообще. При использовании отложенной записи программа не знает, успешно ли завершилась физическая запись. Однако многие современные файловые системы поддерживают так называемый hotfixing (горячую починку) - механизм, обеспечивающий динамическую замену "плохих" логических блоков на "хорошие", что в значительной мере компенсирует эту проблему.

Вторая проблема: если в промежутке между запросом и физической записью произойдет сбой всей системы, то данные будут потеряны. Например, пользователь сохраняет отредактированный файл и, не дождавшись окончания физической записи, выключает питание - содержимое файла оказывается потеряно или повреждено. Другая ситуация, до боли знакомая всем пользователям DOS/Windows 3.x/Windows 95: пользователь сохраняет файл, и в это время система зависает - результат тот же. Аналогичного результата можно достичь, не вовремя достав дискету или другой удаляемый носитель из дисковода.

Третья проблема, связанная с дисковым кэшем - это выделение памяти под него. Уменьшение кэша приводит к снижению производительности дисковой подсистемы, увеличение же кэша отнимает память у пользовательских программ. Таким образом, задача подбора оптимального размера кэша является задачей нелинейной оптимизации