ضربه کش یک مفهوم مهم در حوزه وب سرورها و سرورهای پروکسی است که نقش مهمی در بهینه سازی عملکرد وب سایت ایفا می کند. این به بازیابی موفقیت آمیز یک منبع درخواستی از حافظه نهان، به جای واکشی آن از سرور مبدا اشاره دارد. استفاده از کش می تواند زمان پاسخگویی و بار سرور را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و در نتیجه تجربه کاربر و کارایی کلی را بهبود بخشد.
تاریخچه پیدایش ضربه کش و اولین ذکر آن
مفهوم کش را می توان به روزهای اولیه محاسبات ردیابی کرد، زمانی که اولین سیستم های کامپیوتری برای ذخیره داده های با دسترسی مکرر در یک مکان حافظه ویژه و سریعتر به نام کش طراحی شدند. اصطلاح «هیت کش» در زمینه وب سرورها با تکامل اینترنت و پیچیدگی وب سایت در اواخر قرن بیستم، برجسته شد. وب سرورها و مرورگرهای اولیه شروع به استفاده از کش برای ذخیره منابع وب درخواستی مکرر مانند تصاویر، فایل های CSS و اسکریپت ها کردند تا زمان بارگذاری صفحه را افزایش دهند.
اطلاعات دقیق در مورد ضربه کش. گسترش موضوع ضربه کش.
Cache hit بخشی جدایی ناپذیر از مکانیسم کش است که توسط وب سرورهای مدرن و سرورهای پروکسی استفاده می شود. هنگامی که یک کاربر یا دستگاه سرویس گیرنده منبعی مانند یک صفحه وب را از یک وب سایت میزبانی شده روی سرور درخواست می کند، سرور ابتدا حافظه پنهان خود را برای وجود منبع درخواستی بررسی می کند. اگر منبع در حافظه پنهان یافت شود، منجر به ضربه کش می شود و سرور می تواند بلافاصله منبع را بدون نیاز به دسترسی به سرور مبدا به مشتری ارائه دهد.
از طرف دیگر، اگر منبع درخواستی در حافظه نهان وجود نداشته باشد، منجر به از دست دادن حافظه پنهان می شود و سرور باید منبع را از سرور مبدا واکشی کند. هنگامی که منبع بازیابی شد، برای درخواست‌های بعدی در حافظه پنهان ذخیره می‌شود، زمان‌های پاسخ آینده را بهینه می‌کند و بار روی سرور مبدا را کاهش می‌دهد.
ساختار داخلی Cache ضربه خورد. نحوه عملکرد Cache hit
ساختار داخلی یک ضربه کش شامل یک سری مراحل است که تعیین می کند آیا منبع درخواستی در کش وجود دارد یا خیر. این مراحل معمولاً شامل:
-
هش کردن: هنگامی که یک درخواست برای یک منبع وارد می شود، سرور یک شناسه منحصر به فرد (هش) بر اساس پارامترهای درخواست ایجاد می کند. این هش برای جستجوی سریع منبع در حافظه پنهان استفاده می شود.
-
جستجوی حافظه پنهان: سرور حافظه نهان را با استفاده از هش تولید شده بررسی می کند تا مشخص کند آیا منبع درخواستی در کش وجود دارد یا خیر.
-
Cache Hit or Miss: اگر منبع درخواستی در حافظه نهان (cache hit) یافت شود، سرور منبع را از حافظه کش بازیابی کرده و به مشتری ارائه می دهد. اگر منبع پیدا نشد (از دست رفتن حافظه نهان)، سرور اقدام به واکشی منبع از سرور مبدا می کند.
-
سیاست های ذخیره سازی حافظه پنهان: سیاست‌های مختلف ذخیره‌سازی نشان می‌دهند که چه مدت یک منبع در کش باقی می‌ماند، قبل از اینکه قدیمی در نظر گرفته شود و باید از سرور مبدا به‌روزرسانی شود. خط‌مشی‌های رایج حافظه پنهان شامل سرصفحه‌های Time-to-Live (TTL) و Cache-Control هستند.
تجزیه و تحلیل ویژگی های کلیدی Cache hit.
ویژگی ها و مزایای کلیدی ضربه کش عبارتند از:
-
تاخیر کاهش یافته: ضربه کش به طور قابل توجهی زمان تأخیر و پاسخ برای منابع درخواستی را کاهش می دهد زیرا آنها مستقیماً از حافظه کش ارائه می شوند و نیاز به واکشی آنها از سرور مبدا را از بین می برد.
-
حفظ پهنای باند: ذخیره سازی پهنای باند را حفظ می کند زیرا منابع ذخیره شده در حافظه پنهان می توانند بدون مصرف انتقال داده های اضافی از سرور مبدا به مشتریان تحویل داده شوند.
-
بار سرور کمتر: با ارائه منابع ذخیره شده، بار روی سرور مبدا کاهش می یابد و به آن اجازه می دهد تا درخواست های بیشتری را به طور موثر انجام دهد.
-
تجربه کاربری پیشرفته: زمان بارگذاری سریعتر منجر به بهبود تجربه کاربری می شود و در نتیجه رضایت و تعامل کاربر بالاتر می رود.
بنویسید چه نوع ضربه کش وجود دارد. از جداول و لیست ها برای نوشتن استفاده کنید.
بر اساس سطح ذخیره سازی و دامنه منابع ذخیره شده، انواع مختلفی از ضربه های کش وجود دارد. در زیر انواع متداول ذکر شده است:
بر اساس سطح ذخیره سازی:
| تایپ کنید | شرح |
|---|---|
| کش سمت کلاینت | در این نوع، کش در سمت کلاینت، معمولاً در مرورگر وب کاربر نگهداری می شود. کش سمت کلاینت برای ذخیره منابع استاتیک مانند فایل های CSS، جاوا اسکریپت و تصاویر مفید است. هنگامی که کاربر دوباره از یک وب سایت بازدید می کند، مرورگر قبل از درخواست این منابع از سرور، حافظه پنهان آن را بررسی می کند. در صورت وجود، یک ضربه کش رخ می دهد و منابع از حافظه نهان محلی بارگیری می شوند. |
| کش سمت سرور | کش سمت سرور در سطح وب سرور انجام می شود. هنگامی که یک درخواست وارد می شود، سرور حافظه پنهان خود را بررسی می کند تا تعیین کند که آیا منبع درخواستی وجود دارد یا خیر. در صورت یافتن، ضربه کش رخ می دهد و منبع از حافظه کش سرور ارائه می شود. حافظه پنهان سمت سرور برای محتوای پویا که اغلب تغییر نمی کند، مانند صفحات وب ارائه شده یا نتایج جستجوی پایگاه داده، مناسب است. |
بر اساس محدوده منابع ذخیره شده:
| تایپ کنید | شرح |
|---|---|
| کش صفحه | این نوع کش کل صفحات وب و منابع مرتبط از جمله HTML، CSS، تصاویر و فایل های جاوا اسکریپت را ذخیره می کند. کش صفحه برای کاهش زمان پردازش سرور و ارائه محتوای از پیش رندر شده به کاربران مفید است و در نتیجه زمان بارگذاری صفحه سریعتر می‌شود. کش صفحه برای محتوایی که در طول زمان نسبتا ثابت باقی می ماند، به طور موثر عمل می کند. |
| کش شی | کش اشیاء بر روی کش کردن اشیا یا قطعات خاص یک صفحه به جای کل صفحات تمرکز دارد. زمانی مفید است که بخش‌های خاصی از یک صفحه وب، مانند ویجت‌ها یا عناصر پویا، از نظر محاسباتی گران هستند و می‌توانند در چندین درخواست مجددا استفاده شوند. کش اشیاء با ارائه اشیاء از پیش محاسبه شده یا از پیش رندر شده مستقیماً از کش عملکرد وب سایت را افزایش می دهد. |
برای استفاده حداکثری از کش و به حداکثر رساندن مزایای آن، بهترین شیوه های زیر را در نظر بگیرید:
-
استراتژی ذخیره سازی: استراتژی ذخیره سازی مناسب را بر اساس نوع وب سایت و ماهیت محتوا انتخاب کنید. کش سمت سرویس گیرنده را برای منابع استاتیک و کش سمت سرور را برای محتوای پویا پیاده سازی کنید.
-
ذخیره هدرها: از هدرهای کش مانند Cache-Control، Expires و ETag برای کنترل رفتار حافظه پنهان و دوره های اعتبار کش استفاده کنید. این هدرها به تعریف سیاست های کش کمک می کنند و شانس ارائه محتوای قدیمی را کاهش می دهند.
-
عدم اعتبار کش: برای اطمینان از اینکه منابع به‌روز شده جایگزین نسخه‌های ذخیره‌شده قدیمی‌تر می‌شوند، مکانیسم‌های مناسب برای باطل کردن حافظه پنهان را اجرا کنید. این برای حفظ دقت داده ها و ارائه جدیدترین مطالب به کاربران بسیار مهم است.
-
پاکسازی محتوا: مکانیسم های پاکسازی محتوا را در نظر بگیرید تا در صورت لزوم حافظه پنهان را برای منابع خاص پاک کنید. به عنوان مثال، هنگام به‌روزرسانی یک محتوای مهم، پاک کردن حافظه پنهان آن منبع تضمین می‌کند که کاربران آخرین نسخه را دریافت می‌کنند.
-
اندازه کش و سیاست های اخراج: اندازه کش را پایش کنید و سیاست های کارآمد حذف حافظه پنهان را برای مدیریت موثر استفاده از حافظه اجرا کنید. LRU (کمترین استفاده اخیر) و LFU (کمترین استفاده از آن) خط مشی های رایج تخلیه حافظه پنهان هستند.
مشکلات و راه حل ها:
-
کش کهنه: یکی از مشکلات رایج در کش کردن، ارائه محتوای قدیمی به کاربران زمانی است که منابع ذخیره شده قدیمی قدیمی می شوند. برای رفع این مشکل، مکانیسم‌های مناسب انقضای حافظه پنهان را با استفاده از هدرهای حافظه پنهان پیاده‌سازی کنید تا کش به‌طور خودکار تازه‌سازی شود.
-
چالش های عدم اعتبار کش: مدیریت صحیح عدم اعتبار کش می تواند پیچیده باشد، به خصوص برای محتوای پویا که مرتباً تغییر می کند. استراتژی‌های نسخه‌سازی یا مبتنی بر مهر زمانی را برای باطل کردن حافظه پنهان هنگام به‌روزرسانی محتوا، اجرا کنید.
-
سازگاری حافظه پنهان: در سیستم‌های توزیع‌شده با گره‌های کش متعدد، حفظ سازگاری حافظه پنهان در تمام گره‌ها می‌تواند چالش برانگیز باشد. استفاده از راه‌حل‌های کش توزیع‌شده را در نظر بگیرید که ثبات را تضمین می‌کنند، مانند پروتکل‌های عدم اعتبار کش مانند Memcached یا Redis.
-
اضافه بار کش: اگر حافظه نهان محدود باشد یا به طور موثر مدیریت نشود، می‌تواند منجر به اضافه بار حافظه پنهان شود و باعث حذف حافظه پنهان یا از دست دادن غیر ضروری حافظه پنهان شود. استفاده از حافظه پنهان را نظارت کنید و سخت افزار را در صورت نیاز ارتقا دهید تا نیازهای رو به رشد حافظه پنهان را برآورده کنید.
مشخصات اصلی و سایر مقایسه ها با اصطلاحات مشابه در قالب جداول و فهرست.
در زیر مقایسه ای از ضربه کش با عبارات مرتبط آورده شده است:
| مدت، اصطلاح | شرح |
|---|---|
| کش خانم | از دست دادن حافظه پنهان زمانی رخ می دهد که منبع درخواستی در حافظه نهان یافت نمی شود و باید از سرور مبدا واکشی شود. برخلاف ضربه کش، منجر به افزایش زمان پاسخ و بارگذاری سرور می شود. |
| تخلیه کش | حذف حافظه پنهان فرآیند حذف موارد خاص از حافظه پنهان برای ایجاد فضایی برای موارد جدیدتر یا دسترسی بیشتر است. خط‌مشی‌های اخراج، مانند LRU (کمترین استفاده اخیر) یا LFU (کمترین استفاده‌شده)، تعیین می‌کنند که کدام موارد از حافظه پنهان حذف شوند. حذف حافظه پنهان به حفظ اندازه کش کمک می کند و از سرریزهای غیر ضروری کش جلوگیری می کند. |
| سرور پروکسی | یک سرور پروکسی به عنوان یک واسطه بین دستگاه های مشتری و سرور مبدا عمل می کند. می‌تواند منابع و پاسخ‌ها را در حافظه پنهان نگه دارد و با ارائه محتوای ذخیره‌شده به مشتریان مستقیماً از کش پروکسی، عملکرد وب‌سایت را افزایش دهد. سرورهای پروکسی معمولاً برای بهبود امنیت، حفظ حریم خصوصی و عملکرد استفاده می‌شوند و آنها را به مکملی ایده‌آل برای استراتژی‌های ضربه کش تبدیل می‌کند. |
با ادامه پیشرفت فناوری‌های وب و افزایش تقاضا برای وب‌سایت‌های با بارگذاری سریعتر، آینده دسترسی به حافظه پنهان امیدوارکننده است. برخی از دیدگاه ها و فناوری های مربوط به ضربه کش عبارتند از:
-
ذخیره سازی لبه: کش لبه، جایی که سرورهای کش در لبه های شبکه نزدیک به کاربران نهایی قرار می گیرند، رایج تر خواهد شد. این رویکرد با به حداقل رساندن فاصله بین کاربران و سرورهای کش، تاخیر را بیشتر کاهش می دهد و نرخ بازدید حافظه پنهان را بهبود می بخشد.
-
شبکه های تحویل محتوا (CDN): CDN ها همچنان نقش مهمی در استراتژی های ضربه به حافظه پنهان دارند. CDN ها محتوای کش شده را در چندین سرور واقع در سراسر جهان توزیع می کنند، که امکان تحویل کارآمد محتوا و کاهش بار روی سرورهای مبدا را فراهم می کند.
-
حافظه پنهان مبتنی بر یادگیری ماشین: پیشرفت‌ها در یادگیری ماشینی در استراتژی‌های ضربه به حافظه پنهان ادغام می‌شوند تا محتوای ذخیره‌شده را به‌طور هوشمندانه‌تر پیش‌بینی و ارائه کنند. الگوریتم‌های ML می‌توانند رفتار کاربر، روندها و الگوهای دسترسی تاریخی را برای بهینه‌سازی نرخ بازدید حافظه پنهان تحلیل کنند.
-
ذخیره محتوای پویا: نوآوری‌ها در حافظه پنهان محتوای پویا، ذخیره مؤثرتری محتوای شخصی‌سازی‌شده و تولید شده به‌صورت پویا، مانند توصیه‌های خاص کاربر و داشبوردهای شخصی‌شده را امکان‌پذیر می‌سازد.
چگونه می توان از سرورهای پروکسی استفاده کرد یا با ضربه کش مرتبط شد.
سرورهای پروکسی ذاتاً با استراتژی های ضربه کش مرتبط هستند. به عنوان واسطه بین کلاینت ها و سرورهای مبدا، سرورهای پروکسی می توانند به طور موثر تکنیک های ضربه کش را برای بهبود عملکرد وب سایت پیاده سازی کنند. برخی از روش هایی که سرورهای پروکسی از ضربه کش استفاده می کنند عبارتند از:
-
ذخیره محتوای استاتیک: سرورهای پروکسی می توانند منابع ایستا مانند تصاویر، شیوه نامه ها و اسکریپت ها را در حافظه پنهان ذخیره کنند و نیاز مشتریان به واکشی این منابع از سرور مبدا را کاهش دهند. این رویکرد زمان بارگذاری صفحه را تسریع می کند و منابع سرور را حفظ می کند.
-
Reverse Proxy Caching: سرورهای پروکسی معکوس، در مقابل سرورهای وب قرار می گیرند، پاسخ های محتوای پویا را از سرور مبدا ذخیره می کنند. هنگامی که همان محتوا دوباره درخواست می‌شود، پروکسی معکوس می‌تواند مستقیماً از حافظه پنهان خود به آن سرویس دهد، که منجر به بازدید حافظه پنهان و پاسخ‌های سریعتر می‌شود.
-
توزیع محتوا: سرورهای پروکسی مستقر در شبکه‌های تحویل محتوا (CDN) محتوا را در مکان‌های مختلف ذخیره و توزیع می‌کنند. با ارائه محتوای کش شده از نزدیکترین سرور پراکسی به کاربر، نرخ بازدید حافظه پنهان به حداکثر می رسد و در نتیجه عملکرد بهبود می یابد.
-
تعادل بار: سرورهای پروکسی می‌توانند درخواست‌های مشتری را بین چندین سرور اصلی توزیع کنند، بار را متعادل کرده و احتمال از دست رفتن حافظه پنهان به دلیل بارگذاری بیش از حد سرور را کاهش می‌دهند.
لینک های مربوطه
برای اطلاعات بیشتر در مورد Cache hit و موضوعات مرتبط می توانید به منابع زیر مراجعه کنید:
- درک HTTP Caching
- آموزش ذخیره سازی برای نویسندگان وب و مدیران وب
- مقدمه ای بر CDN ها و نحوه کار آنها
- نقش پراکسی معکوس در معماری برنامه های کاربردی وب
به یاد داشته باشید که ضربه کش یک تکنیک قدرتمند است که می تواند عملکرد وب سایت و تجربه کاربر را تا حد زیادی افزایش دهد. با استفاده مؤثر از استراتژی‌های ضربه حافظه پنهان و بهینه‌سازی سیاست‌های کش، وب‌سایت‌ها می‌توانند به زمان بارگذاری سریعتر، کاهش بار سرور و بهبود کارایی کلی دست یابند.
