Cache là gì? Có cần xóa bộ nhớ Cache thường xuyên?

Bộ nhớ cache (bộ nhớ đệm) giúp tăng tốc độ truy xuất dữ liệu, nhờ đó giúp tăng tốc độ tải trang web, hình ảnh, video, âm thanh… và các dữ liệu khác. Tuy nhiên cache lại làm máy tính/thiết bị di động chạy chậm hơn. Bài viết sẽ giúp bạn tìm hiểu bộ nhớ cache là gì? Vì sao cần xóa cache?…Cũng như hướng dẫn cách xóa cache để tăng tốc độ cho thiết bị của bạn.

Bộ nhớ cache là gì?

Bộ nhớ cache là phần cứng hoặc phần mềm được sử dụng để lưu trữ (dữ liệu) tạm thời trong môi trường máy tính.

Cache (bộ nhớ đệm) là một lượng bộ nhớ nhanh hơn được sử dụng để cải thiện hiệu suất của dữ liệu được truy cập gần đây hoặc thường xuyên. Dữ liệu được lưu trong bộ nhớ đệm được lưu trữ tạm thời trong một phương tiện lưu trữ có thể truy cập được cục bộ cho máy khách và tách biệt với bộ nhớ chính. Cache thường được sử dụng bởi bộ xử lý trung tâm (CPU), các ứng dụng, trình duyệt web và hệ điều hành.

Bộ nhớ cache được sử dụng vì dung lượng lớn hoặc bộ nhớ chính không thể theo kịp nhu cầu của người dùng. Bộ nhớ cache làm giảm thời gian truy cập dữ liệu, giảm độ trễ và cải thiện đầu vào/đầu ra (I / O). Vì hầu hết tất cả khối lượng công việc của ứng dụng phụ thuộc vào thao tác I/O, quá trình lưu vào bộ nhớ đệm sẽ cải thiện hiệu suất ứng dụng.

Bộ nhớ cache hoạt động như thế nào?

Khi một máy khách bộ nhớ cache cố gắng truy cập dữ liệu, trước tiên nó sẽ kiểm tra bộ nhớ cache. Nếu dữ liệu được tìm thấy ở đó, điều đó được gọi là lần truy cập bộ nhớ cache. Phần trăm số lần thử dẫn đến lượt truy cập bộ nhớ cache được gọi là  tỷ lệ truy cập bộ nhớ cache.

Dữ liệu được yêu cầu không tìm thấy trong bộ nhớ đệm – được gọi là cache miss — được lấy từ bộ nhớ chính và sao chép vào bộ nhớ đệm. Dữ liệu nào được đẩy ra khỏi bộ nhớ cache để nhường chỗ cho dữ liệu mới phụ thuộc vào thuật toán bộ nhớ đệm, giao thức bộ nhớ cache và hệ thống đang được sử dụng.

Các trình duyệt web như Safari, Firefox và Chrome sử dụng bộ nhớ đệm của trình duyệt để cải thiện hiệu suất của các trang web được truy cập thường xuyên. Khi người dùng truy cập trang web, các tệp được yêu cầu được lưu trữ trong bộ nhớ đệm cho trình duyệt đó trong bộ nhớ máy tính của người dùng.

Để truy xuất một trang đã truy cập trước đó, trình duyệt nhận hầu hết các tệp cần thiết từ bộ nhớ cache thay vì để truy cập thẳng tới web server. Cách tiếp cận này được gọi là đọc bộ nhớ cache. Trình duyệt máy khách có thể đọc dữ liệu từ bộ nhớ cache nhanh hơn mức có thể đọc lại các tệp từ trang web.

Bộ nhớ cache rất quan trọng vì một số lý do:

• Việc sử dụng bộ nhớ cache làm giảm độ trễ cho dữ liệu hoạt động. Điều này làm tăng hiệu suất cho một hệ thống hoặc ứng dụng.
• Chuyển hướng I / O sang bộ nhớ cache, giảm các hoạt động I / O sang bộ nhớ ngoài và giảm thấp mức độ của mạng lưu trữ
• Dữ liệu có thể tồn tại vĩnh viễn trong các mảng lưu trữ truyền thống hoặc lưu trữ bên ngoài. Điều này duy trì tính nhất quán và tính toàn vẹn của dữ liệu bằng cách sử dụng các tính năng, chẳng hạn như các  hình ảnh chụp nhanh được lưu trong bộ nhớ.
• Flash, được sử dụng cho một phần công việc, sẽ được hưởng lợi từ độ trễ thấp hơn. Điều giúp sử dụng hiệu quả các chi phí lưu trữ.

Bộ nhớ cache được được tích hợp trong CPU hoặc được nhúng trong chip trên bo mạch mainboard. Trong các thiết bị mới, cách duy nhất để tăng bộ nhớ cache là nâng cấp bo mạch hệ thống và CPU lên thế hệ mới nhất. Các bo mạch hệ thống cũ hơn có thể có các khe trống có thể được sử dụng để tăng bộ nhớ cache.

Bộ nhớ đệm được sử dụng như thế nào?

Bộ nhớ cache được sử dụng để lưu trữ các tệp tạm thời, sử dụng các thành phần phần cứng và phần mềm. Một ví dụ về bộ đệm phần cứng là bộ đệm CPU. Đây là một đoạn bộ nhớ nhỏ trên bộ xử lý của máy tính được sử dụng để lưu trữ các lệnh máy tính cơ bản đã được sử dụng gần đây hoặc thường được sử dụng.

Nhiều ứng dụng và phần mềm cũng có bộ nhớ cache riêng. Loại bộ nhớ đệm này tạm thời lưu trữ dữ liệu, tệp hoặc hướng dẫn liên quan đến ứng dụng để truy xuất nhanh.

Trình duyệt web là một ví dụ điển hình về bộ nhớ đệm của ứng dụng. Như đã đề cập trước đó, các trình duyệt có bộ nhớ cache riêng để lưu trữ thông tin từ các phiên duyệt web trước đó để sử dụng trong các phiên trong tương lai. Người dùng muốn xem lại video YouTube có thể tải video đó nhanh hơn vì trình duyệt truy cập video đó từ bộ nhớ cache nơi video được lưu từ phiên trước.

Nhiều hệ thống khác sử dụng bộ nhớ cache bao gồm:

• Hệ điều hành, nơi các hướng dẫn và tệp thường được sử dụng được lưu trữ;
• Mạng phân phối nội dung, nơi thông tin được lưu trữ ở phía máy chủ để cung cấp trang web nhanh hơn;
• Hệ thống tên miền, nơi chúng có thể được sử dụng để lưu trữ thông tin được sử dụng để chuyển đổi tên miền thành địa chỉ Giao thức Internet; và
• Cơ sở dữ liệu, nơi chúng có thể giảm độ trễ trong truy vấn cơ sở dữ liệu

Lợi ích của cache?

Có một số lợi ích của bộ nhớ đệm, bao gồm những lợi ích sau:

• Hiệu năng:  Lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ cache cho phép máy tính chạy nhanh hơn. Ví dụ: bộ nhớ cache của trình duyệt lưu trữ tệp từ các phiên duyệt web trước đó sẽ tăng tốc độ truy cập vào các phiên tiếp theo. Bộ đệm ẩn cơ sở dữ liệu tăng tốc độ truy xuất dữ liệu mà nếu không sẽ mất nhiều thời gian và tài nguyên để tải xuống.
• Làm việc ngoại tuyến (offline):  Bộ nhớ cache cũng cho phép các ứng dụng hoạt động mà không cần kết nối internet. Bộ nhớ cache của ứng dụng cung cấp quyền truy cập nhanh vào dữ liệu đã được truy cập gần đây hoặc thường được sử dụng. Tuy nhiên, bộ nhớ cache có thể không cung cấp quyền truy cập vào tất cả các chức năng của ứng dụng.
• Tài nguyên hiệu quả hơn:  Bên cạnh tốc độ và tính linh hoạt, bộ nhớ đệm giúp các thiết bị vật lý bảo tồn tài nguyên. Ví dụ, truy cập nhanh vào bộ nhớ cache tiết kiệm pin.

Những hạn chế của bộ nhớ cache?

Bộ nhớ cache cũng có những hạn chế như:

• Hỏng dữ liệu: Bộ nhớ cache có thể bị lỗi và làm cho dữ liệu được lưu trữ không còn sử dụng được nữa. Việc hỏng dữ liệu có thể khiến các ứng dụng như trình duyệt gặp sự cố hoặc hiển thị dữ liệu không chính xác.
• Hiệu năng:  Bộ nhớ cache thường là kho lưu trữ nhỏ của bộ nhớ tạm thời. Nếu chúng quá lớn, chúng có thể khiến hiệu suất giảm sút. Chúng cũng có thể tiêu tốn bộ nhớ mà các ứng dụng khác có thể cần, tác động tiêu cực đến hiệu suất ứng dụng.
• Thông tin lỗi thời:  Đôi khi bộ nhớ cache của ứng dụng hiển thị thông tin cũ hoặc lỗi thời. Điều này có thể gây ra trục trặc cho ứng dụng hoặc trả lại thông tin gây hiểu lầm. Nếu một trang web hoặc ứng dụng được cập nhật trên internet, việc sử dụng phiên bản được lưu trong bộ nhớ cache từ phiên trước sẽ không phản ánh bản cập nhật. Đây không phải là vấn đề đối với nội dung tĩnh mà là vấn đề đối với nội dung động thay đổi theo phiên hoặc giữa các phiên.

Thuật toán bộ nhớ cache

Hướng dẫn bảo trì bộ nhớ cache được cung cấp bởi các thuật toán bộ nhớ cache. Một số ví dụ về thuật toán bộ nhớ cache bao gồm:

• Ít được sử dụng thường xuyên nhất theo dõi tần suất truy cập mục nhập bộ nhớ cache. Mục có số lượng thấp nhất sẽ bị xóa trước tiên.
• Ít được sử dụng gần đây nhất đặt các mục được truy cập gần đây gần đầu bộ nhớ cache. Khi bộ nhớ cache đạt đến giới hạn, các mục ít được truy cập gần đây nhất sẽ bị xóa.
• Được sử dụng gần đây nhất sẽ xóa các mục được truy cập gần đây nhất trước tiên. Cách tiếp cận này là tốt nhất khi các mặt hàng cũ có nhiều khả năng được sử dụng hơn.

Chính sách bộ nhớ cache

Các chính sách bộ nhớ đệm khác nhau xác định cách bộ nhớ cache hoạt động. Sau đó bao gồm những điều sau đây:

• Ghi xung quanh bộ nhớ cache ghi các hoạt động vào bộ nhớ, bỏ qua bộ nhớ cache. Điều này giúp bộ nhớ cache không bị ngập khi có một lượng lớn I / O ghi. Nhược điểm của phương pháp này là dữ liệu không được lưu vào bộ nhớ cache trừ khi nó được đọc từ bộ nhớ. Do đó, thao tác đọc chậm hơn vì dữ liệu chưa được lưu vào bộ nhớ đệm.
• Bộ nhớ cache ghi lại ghi dữ liệu vào bộ nhớ cache và bộ nhớ. Ưu điểm của  bộ nhớ cache ghi lại là dữ liệu mới được ghi luôn được lưu vào bộ nhớ cache, vì vậy nó có thể được đọc nhanh chóng. Một nhược điểm là các hoạt động ghi không được coi là hoàn chỉnh cho đến khi dữ liệu được ghi vào cả bộ nhớ cache và bộ nhớ lưu trữ chính. Điều này có thể đưa độ trễ vào các hoạt động ghi.
• Ghi lại bộ nhớ cache giống như ghi lại ở chỗ tất cả các hoạt động ghi được chuyển hướng đến bộ nhớ cache. Nhưng với  bộ nhớ cache ghi lại, thao tác ghi được coi là hoàn thành sau khi dữ liệu được lưu vào bộ nhớ cache. Khi điều đó xảy ra, dữ liệu sẽ được sao chép từ bộ nhớ cache sang bộ nhớ.

Với cách tiếp cận này, cả thao tác đọc và ghi đều có độ trễ thấp. Nhược điểm là, tùy thuộc vào cơ chế bộ nhớ đệm nào được sử dụng, dữ liệu vẫn dễ bị mất cho đến khi nó được cam kết lưu trữ.

Hướng dẫn cách xóa bộ nhớ đệm, tần suất thế nào là đủ?

Xóa bộ nhớ cache sẽ giải phóng dung lượng bộ nhớ trên thiết bị. Bộ nhớ cache của trình duyệt sử dụng bộ nhớ để lưu trữ các tệp được tải xuống trực tiếp từ web. Xóa nó có thể giải quyết các vấn đề của người dùng, chẳng hạn như sau;

• Bộ nhớ cache đầy đủ có thể khiến các ứng dụng gặp sự cố hoặc không tải đúng cách.
• Bộ nhớ đệm cũ có thể chứa thông tin và tệp lỗi thời, khiến các trang web không tải hoặc tải không chính xác. Xóa chúng có thể loại bỏ thông tin lỗi thời.
• Bộ nhớ cache của trình duyệt cũng chứa thông tin cá nhân đã lưu, chẳng hạn như mật khẩu. Xóa chúng có thể bảo vệ người dùng.
• Hầu hết các bộ nhớ cache của trình duyệt có thể bị xóa bằng cách đi tới cài đặt.

Một bộ nhớ cache nên được xóa định kỳ, nhưng không phải hàng ngày. Xóa bộ nhớ cache quá thường xuyên không phải là cách sử dụng tài nguyên tốt vì những vấn đề sau:

• người dùng mất lợi ích của việc truy cập tệp nhanh;
• bộ nhớ cache tự xóa một số tệp và không cần loại bảo trì này; và
• Máy tính sẽ lưu vào bộ nhớ cache các tệp mới và lấp đầy không gian một lần nữa.

Làm thế nào để bạn xóa bộ nhớ cache?

Bộ nhớ cache của trình duyệt là những bộ nhớ mà hầu hết người dùng cuối quen thuộc. Trong hầu hết các trường hợp, chúng bị xóa bằng cách chuyển đến tab cài đặt hoặc tùy chọn hoặc mục menu. Các chức năng đó cũng chứa các cài đặt quyền riêng tư, cookie và lịch sử. Người dùng có thể xóa hoặc thay đổi cài đặt từ các tab hoặc menu này.

Nhiều trình duyệt web dựa trên máy tính có các phím tắt để truy cập các menu này nhanh chóng:

• Trên  máy Microsoft Windows, nhấn Ctrl-Shift-Delete.
• Trên máy Mac của Apple, nhấn Command-Shift-Delete.

Các phím tắt này đưa người dùng đến menu cài đặt, hơi khác so với trình duyệt này sang trình duyệt khác.

Dưới đây là cách xóa bộ nhớ cache trên Google Chrome:

• Nhấn Ctrl-Shift-Delete nếu trên máy  Windows hoặc Command-Shift-Delete trên máy Mac.
• Cuộn đến phần “Quyền riêng tư và bảo mật”.
• Chọn Clear browsing data (Xóa dữ liệu duyệt web).
• Chọn một khoảng thời gian từ menu thả xuống hoặc chọn Từ trước đến nay để xóa toàn bộ bộ nhớ cache.
• Nhấp vào Tệp và hình ảnh được lưu trong bộ nhớ cache.
• Nhấp vào Clear data (Xóa dữ liệu).

Các loại bộ nhớ cache

Bộ nhớ đệm được sử dụng cho nhiều mục đích. Các phương pháp bộ nhớ cache khác nhau bao gồm:

Bộ nhớ cache là RAM mà bộ vi xử lý có thể truy cập nhanh hơn mức có thể truy cập RAM thông thường. Nó thường được gắn trực tiếp với CPU và được sử dụng để lưu vào bộ nhớ cache các hướng dẫn được truy cập rất nhiều. Bộ nhớ đệm RAM nhanh hơn bộ nhớ đệm dựa trên đĩa, nhưng bộ nhớ đệm nhanh hơn bộ nhớ đệm RAM vì nó gần với CPU.

Máy chủ bộ nhớ cache, đôi khi được gọi là bộ đệm proxy, là một dịch vụ hoặc máy chủ mạng chuyên dụng.  Máy chủ bộ nhớ đệm lưu cục bộ các trang web hoặc nội dung internet khác.

Bộ nhớ cache của CPU là một chút bộ nhớ được đặt trên CPU. Bộ nhớ này hoạt động ở tốc độ của CPU chứ không phải ở tốc độ bus hệ thống  và nhanh hơn nhiều so với RAM.

Bộ nhớ cache của đĩa giữ dữ liệu đã đọc gần đây và đôi khi, các vùng dữ liệu liền kề có khả năng được truy cập sớm. Một số ổ đĩa lưu dữ liệu vào bộ nhớ đệm dựa trên tần suất đọc. Các khối lưu trữ được đọc thường xuyên được gọi là khối nóng và được tự động gửi đến bộ nhớ cache.

Bộ nhớ đệm flash, còn được gọi là bộ nhớ đệm ổ đĩa thể rắn, sử dụng  chip nhớ flash NAND để tạm thời lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ cache flash đáp ứng các yêu cầu dữ liệu nhanh hơn so với khi bộ nhớ cache nằm trên ổ đĩa cứng truyền thống hoặc một phần của kho lưu trữ sao lưu.

Bộ nhớ cache liên tục là dung lượng lưu trữ trong đó dữ liệu không bị mất trong trường hợp khởi động lại hoặc gặp sự cố hệ thống. Pin dự phòng được sử dụng  để bảo vệ dữ liệu hoặc dữ liệu được chuyển sang RAM động được hỗ trợ bởi pin  để bảo vệ thêm chống mất dữ liệu.

Bộ nhớ cache RAM thường bao gồm bộ nhớ vĩnh viễn được nhúng trên bo mạch chủ và mô-đun bộ nhớ có thể được cài đặt ở các khe cắm chuyên dụng hoặc vị trí đính kèm. Bus mainboard cung cấp quyền truy cập vào bộ nhớ này. Bộ nhớ đệm CPU nhanh hơn RAM từ 10 đến 100 lần, chỉ cần vài nano giây để phản hồi yêu cầu CPU. Bộ nhớ đệm RAM có thời gian phản hồi nhanh hơn so  với phương tiện từ tính, cung cấp I / O với tốc độ tính bằng mili giây.