Cache en écriture

Qu'est-ce que le cache en écriture (write-back cache) ?

Le Write-back cache est une stratégie de mise en cache qui améliore les performances du système en stockant temporairement les données sur un support à grande vitesse (généralement la mémoire) et en reportant les mises à jour sur le stockage principal (généralement le disque). Contrairement à d'autres stratégies de mise en cache, le write-back donne la priorité à la vitesse en écrivant d'abord les données dans le cache et en se synchronisant avec le stockage principal de manière asynchrone. Cette stratégie réduit le temps de latence des opérations d'écriture, mais nécessite une gestion rigoureuse pour garantir la cohérence des données.

Cette ressource explore les différentes stratégies de mise en cache, compare le write-back avec d'autres approches, discute de ses avantages et de ses défis, et fournit des conseils sur le moment de l'utiliser. Que vous soyez développeur ou architecte d'applications, la compréhension du cache write-back peut vous aider à optimiser les performances et l'évolutivité de vos systèmes.

• Stratégies de mise en cache
• Réintégration ou réintégration
• Avantages et défis de la mémoire cache en écriture
• Qu'en est-il des risques de perte de données en écriture ?
  
• Cas d'utilisation du cache Write-back
  
• Choix entre cache write-back et cache write-through
• Principaux enseignements et ressources
  

Stratégies de mise en cache

La mise en cache est la pratique qui consiste à stocker temporairement des copies de données pour les retrouver plus rapidement. L'exemple le plus courant est celui de la RAM+disque. La mémoire vive est généralement plus rapide que le disque, mais elle est aussi plus chère et plus limitée. L'utilisation de la mémoire vive pour mettre en cache les données auxquelles on accède fréquemment peut améliorer les performances. Différentes stratégies de mise en cache conviennent à différents cas d'utilisation, en équilibrant la vitesse, la cohérence et la complexité.

Cache en écriture

La mémoire cache à réécriture stocke d'abord les données dans la mémoire cache et les met en file d'attente pour qu'elles soient écrites ultérieurement dans la mémoire primaire. Lorsqu'une écriture se produit, elle est immédiatement considérée comme réussie tant que les données sont stockées dans le cache, sans attendre la mise à jour du disque. Le système met à jour la mémoire principale de manière asynchrone. Les lectures ultérieures s'effectuent à partir de la mémoire, ce qui offre un autre avantage en termes de performances. La reprise en écriture est particulièrement utile pour les applications nécessitant un débit élevé. Bien entendu, il existe un risque d'échec de l'écriture sur disque. Il existe de nombreuses façons de réduire ce risque (nous y reviendrons plus tard), mais mathématiquement, il y aura toujours un risque.

Cache en écriture

Dans un cache en écriture, les données sont écrites à la fois dans le cache et dans le stockage primaire "simultanément" (par le biais d'un mécanisme de transaction/verrouillage). Cette approche assure la cohérence des données dans toutes les couches de stockage, au prix d'un temps de latence plus élevé pour les opérations d'écriture.

Cache d'écriture

Le cache d'écriture contourne entièrement le cache pour les opérations d'écriture, en stockant les données directement dans la mémoire primaire. Le cache n'est mis à jour que lorsque les données sont lues. Cette stratégie minimise les frais généraux liés à l'écriture dans la mémoire cache, mais peut entraîner des absences de la mémoire cache pour les données fréquemment mises à jour. La mémoire cache en écriture est bien adaptée aux scénarios dans lesquels les mises à jour de données sont peu fréquentes, ou aux situations dans lesquelles les données écrites ne seront pas accessibles immédiatement. Dans l'ensemble, la mémoire cache par contournement est utilisée moins fréquemment que la mémoire cache par retour d'écriture et la mémoire cache par passage d'écriture.

Réintégration ou réintégration

La mise en cache en amont et la mise en cache en aval représentent les deux extrémités du spectre en termes de vitesse et de cohérence.

• Mise en cache de l'écriture donne la priorité aux performances en reportant les mises à jour sur le stockage primaire, ce qui réduit la latence d'écriture. Cependant, le risque de perte de données augmente si le cache tombe en panne avant la synchronisation avec le stockage.
• Mise en cache par écriture met l'accent sur la cohérence des données en veillant à ce que chaque opération d'écriture mette à jour à la fois le cache et le stockage principal. La contrepartie est une latence accrue et une utilisation potentiellement plus importante des ressources.

Le choix entre les deux dépend de la tolérance de votre application à la latence et à la cohérence.

Avantages et défis de la mémoire cache en écriture

Avantages

Amélioration des performances en écriture : L'écriture des données dans la mémoire cache est plus rapide que l'écriture dans le stockage primaire, plus lent.
Réduction du trafic de stockage : Comme les écritures sur le stockage primaire sont mises en lots ou retardées, le trafic E/S (entrée/sortie) global diminue, ce qui réduit la pression sur les systèmes de stockage.
Amélioration des performances de lecture : Les données fréquemment consultées restent dans la mémoire cache, ce qui accélère les opérations de lecture.

Défis

Risques liés à la cohérence des données : Les données peuvent être perdues si le cache tombe en panne avant la synchronisation avec le stockage.
Gestion complexe du cache : S'assurer que le cache et le stockage restent synchronisés nécessite une gestion et une surveillance robustes des erreurs, en particulier si vous intégrer deux systèmes de données différents (une base de données et une mémoire cache séparée pour les valeurs clés, par exemple).
Durabilité : Les applications exigeant une persistance immédiate peuvent juger que le write-back n'est pas adapté, à moins qu'il n'existe des moyens d'atténuer le risque (ce qu'un système de cache comme Couchbase fournit, par exemple).

Qu'en est-il des risques de perte de données en écriture ?

Couchbase fournit une architecture durable et distribuée pour réduire le risque de perte de données. Le paramètre par défaut de la base de données Couchbase SDK est que les écritures soient complètement asynchrones, ce qui signifie que vous risquez de perdre des données en cas de défaillance d'un serveur. Toutefois, en augmentant simplement le niveau de durabilité à "majority", l'opération devient synchrone, ce qui réduit le risque de perte de données (la perte de données résulterait de la défaillance simultanée de plusieurs serveurs au cours de l'opération). En outre, les exigences de durabilité peuvent être augmentées à "majorityAndPersistActive" et "persistToMajority". Ces exigences rendent la perte de données encore moins probable (il faudrait une défaillance généralisée du serveur et une perte de disque au cours de l'opération pour qu'il y ait perte de données). Dans l'une ou l'autre des situations ci-dessus, la perte de données ne se produirait que lors de l'événement de défaillance. Avec une durabilité accrue, le risque existe toujours mathématiquement, de la même manière qu'il est possible de gagner à la loterie.

Ces paramètres augmentent également le temps de latence, mais dans un système complexe, certaines opérations bénéficient davantage des performances, tandis que d'autres requièrent une plus grande durabilité. La mise en cache par réécriture peut donner la priorité à certains types de données (par exemple, les achats ont besoin de la plus grande durabilité, et les données d'enregistrement à l'état stable sont moins prioritaires). Le système d'écriture de Couchbase et options de durabilité vous offre la flexibilité que n'offre pas le write-through.

Cas d'utilisation du cache Write-back

La mémoire cache en écriture est bien adaptée aux scénarios dans lesquels les performances d'écriture sont critiques et où des retards occasionnels dans la cohérence sont acceptables. Les cas d'utilisation sont les suivants

• Jeux et gestion des sessions d'utilisateurs: Il peut être utilisé pour les jeux multijoueurs et les applications web qui stockent des données de session ou de joueur afin de fournir des expériences rapides avec une latence minimale.
• Systèmes de commerce électronique : Le panier d'achat, la navigation, les préférences de l'utilisateur et d'autres opérations de commerce électronique sont mis en cache pour plus de rapidité, tandis que les achats moins fréquents mais plus critiques peuvent bénéficier d'une durabilité accrue.
• Plateformes de streaming vidéo : Il peut être utilisé pour mettre en cache des métadonnées, telles que l'historique de visionnage ou les recommandations, pour un accès plus rapide.
• Les médias sociaux : Couchbase est une technologie de base de L'architecture de mise en cache de LinkedInqui permet d'afficher plus rapidement les profils et le contenu des médias sociaux.

Un système de mise en cache bien conçu avec une approche write-back, comme Couchbase, est bien adapté à la fois aux performances et à la fiabilité des données.

Choix entre cache write-back et cache write-through

La décision d'utiliser la mise en cache write-back ou write-through dépend des besoins de votre application. Considérez les points suivants :

• Performance et durabilité : Le Write-back est idéal lorsque la vitesse d'écriture est une priorité et que les risques peuvent être réduits (par exemple, les options de durabilité de Couchbase). Le Write-through peut être adéquat pour les systèmes où les opérations de lecture l'emportent largement sur les opérations d'écriture.
• Tolérance de défaillance : Les systèmes dont la tolérance à la perte de données est limitée doivent éviter l'écriture en retour, à moins que des mécanismes de redondance supplémentaires ne soient en place (par exemple, l'architecture distribuée de Couchbase).
• Évolutivité : La mise en cache de l'écriture est précieuse dans les architectures où évolutivité est cruciale. En réduisant les charges d'écriture sur le stockage primaire, les systèmes peuvent gérer un plus grand nombre d'utilisateurs simultanés et améliorer la réactivité.

Principaux enseignements et ressources

• La mémoire cache Write-Back offre une capacité d'écriture supérieure. performance en retardant la synchronisation avec le stockage primaire, mais elle s'accompagne de risques pour la cohérence des données qu'un système distribué doté d'options de durabilité peut résoudre.
• Le cache en écriture garantit l'intégrité des données en écrivant simultanément dans le cache et le stockage, ce qui le rend adapté aux applications à forte lecture où la flexibilité n'est pas nécessaire.
• Pour choisir la bonne stratégie de mise en cache, il faut comprendre les besoins de votre système en termes de performances, de cohérence et de tolérance au risque.

Prochaines étapes proposées

• Explorez le site web de Couchbase l'architecture de la mémoire d'abordqui met en œuvre des stratégies de mise en cache comme le write-back pour améliorer les performances.
• En savoir plus sur les écritures durables pour atténuer les risques associés aux cache.
• Examinez notre blog et pôle de concepts pour continuer à se renseigner sur les sujets liés à la mise en cache.