Cache là gì? Có những loại cache nào?

Trong bài này chúng ta sẽ thảo luận khái niệm cache là gì, qua đó sẽ biết được ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng cache.

Trình duyệt sau khi sử dụng một thời gian sẽ có hiện tượng lag, tải chậm, gây ra nhiều khó chịu khi dùng. Hãy tăng tốc hiệu suất hoạt động của trình duyệt bằng việc xóa dữ liệu duyệt web, xóa cache và lịch sử của trình duyệt. Vậy cache là gì? Và nó có ảnh hưởng gì đến các thiết bị của chúng ta? Bài viết dưới đây sẽ chia sẻ cho các bạn những thông tin bổ ích về cache nhé!

1. Cache là gì?

Cache còn được gọi là bộ nhớ đệm, nó chứa dữ liệu, các dữ liệu được nằm chờ yêu cầu từ ứng dụng hoặc phần cứng. Dữ liệu được chứa trong cache có thể là các thuật toán đã được thực hiện khi được yêu cầu, hoặc các dữ liệu trùng được lưu trữ ở một nơi khác.

Bài viết này được đăng tại [free tuts .net]

Cache được sử dụng như một cách thức để truy cập nhanh data (bộ nhớ đệm), và nhanh hơn nhiều so với truy cập từ các cách thức lưu trữ khác (truy cập từ ổ cứng, v.v... ).Cache thường được sử dụng ở Client, CPU, ứng dụng di động, web browsers hoặc operating systems… Bộ nhớ đệm giúp tiết kiệm thời gian, tăng tốc độ hoạt động của thiết bị và giảm lượng dữ liệu cần xử lý trong quá trình sử dụng.

2. Ưu và nhược điểm của các loại cache hiện nay

Write-back cache

Write-back cache là bộ nhớ đệm ghi lại, cho phép chuyển toàn bộ các hoạt động sang bộ nhớ cache.

• Ưu điểm: Tốc độ truy cập và hiệu năng hoạt động của website hay ứng dụng nhanh hơn, thông qua việc dữ liệu đã lưu trữ trên bộ nhớ Cache.
• Nhược điểm: Cơ chế hoạt động của bộ nhớ Cache quyết định đến độ bảo mật thông tin. Vì thế, đôi khi sẽ xảy ra trường hợp mất dữ liệu trước khi nó được lưu trong bộ nhớ chính.

Write-through cache

Kỹ thuật này cho phép ghi đè dữ liệu lên bộ nhớ Cache và Storage

• Ưu điểm: Dữ liệu luôn được lưu trữ tạm thời nên việc xuất/đọc dữ liệu rất nhanh chóng, tiện lợi.
• Nhược điểm: Thời gian lưu trữ khá dài Do hoạt động ghi chỉ hoàn tất khi tất cả dữ liệu đã ghi trên bộ nhớ Cache và bộ nhớ Primary Storage

Write-around cache

Khả năng ghi lại các hoạt động trực tiếp vào bộ nhớ, hoàn toàn bỏ qua cache

• Ưu điểm: Giúp bộ nhớ đệm cache không bị quá tải khi có quá nhiều bản ghi I/O (Input/Output) được thực hiện cùng lúc.
• Nhược điểm: Dữ liệu sẽ không được lưu trữ, trừ khi nó được truy xuất từ bộ nhớ. Điều này khiến cho hoạt động truy cập lúc đầu sẽ tương đối chậm.

3. Các thuật toán điều khiển cache

Có rất nhiều thuật toán Cache, nhưng sau đây là các thuật toán cơ bản nhất :

• Least Frequently Used (LFU): theo dõi tần suất truy cập một dữ liệu. Các dữ liệu có số lần truy cập thấp nhất được loại bỏ đầu tiên.
• Least Recently Used (LRU): lưu trữ các dữ liệu được truy cập gần đây gần đầu bộ đệm. Khi bộ đệm đạt đến giới hạn của nó, các liệu được truy cập gần đây nhất sẽ bị xóa
• Most Recently Used (MRU): loại bỏ các dữ liệu truy cập gần đây nhất đầu tiên. Cách tiếp cận này là tốt nhất khi các data cũ có nhiều khả năng được sử dụng.

4. Các khái niệm liên quan đến cache

Để hiểu rõ hơn về Cache, chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết về 4 khái niệm:

Cache memory (cache bộ nhớ)

Random access memory, hay còn được gọi là RAM, Cache memory thường được gắn trực tiếp vào CPU và được sử dụng để cập nhanh các dữ liệu trong CPU.Được đặt trực tiếp trên CPU. Cache memory có khả năng lưu trữ lệnh cùng các chức năng được chương trình đang chạy yêu cầu. Điều này giúp cho bộ vi xử lý của máy tính có thể truy cập dữ liệu nhanh hơn. Bên cạnh đó, khả năng truy xuất của Cache memory cũng có tốc độ vượt trội hơn hẳn RAM Cache, hay Disk Cache(Do nó ở vị trí gần CPU nhất)

Cache server (bộ nhớ cache máy chủ)

Một dedicated network server hoặc dịch vụ chuyên dụng hoạt động như một máy chủ lưu các trang web hoặc nội dung internet khác cục bộ. Một cache server đôi khi được gọi là proxy cache.

Thông thường, những máy chủ kết nối mạng chuyên dụng, bao gồm cả các dịch vụ hoạt động với tính năng tương tự máy chủ sẽ thực hiện lưu trữ dữ liệu website, nội dung internet theo cách cục bộ.

Disk cache (bộ nhớ tạm trên đĩa)

Disk cache có tính năng ghi nhớ những nội dung đã được đọc tại thời điểm mới nhất, cùng các dữ liệu liền kề có khả năng truy cập lại. Ngoài ra, có nhiều loại Disk cache còn lưu dữ liệu dựa vào tần suất đọc. Trong đó, các khối dữ liệu truy cập thường xuyên sẽ được ghi nhớ tự động trên Cache. Nhờ tính năng hữu ích này của Disk cache nên tốc độ đọc, ghi dữ liệu lên ổ cứng được cải thiện khá nhiều.

Flash cache (thiết bị nhớ flash)

Temporary storage of data on NAND flash memory chips -- thường được sử dụng ở **solid-state drives (SSDs) ** , thực hiện các request dữ liệu nhanh hơn có thể nếu bộ đệm nằm trên ổ đĩa cứng truyền thống (HDD).Đây là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu tạm thời (thường dưới dạng SSD) trên chip bộ nhớ NAND. Nó có tốc độ truy xuất dữ liệu nhanh hơn nhiều lần so với bộ nhớ Cache của ổ đĩa HDD.

Web cache (bộ nhớ đệm trên website)

Đây là bộ nhớ đệm của website. Nó có tính năng lưu trữ tạm những nội dung tĩnh được truy cập thường xuyên. Nhờ cơ chế này mà Web cache sẽ giảm tối đa băng thông tiêu thụ, độ trễ, đồng thời, tăng tốc độ truy cập website. Từ đó, tài nguyên của website được giải phóng, còn hiệu suất người dùng cải thiện tốt nhất.

Web cache hoạt động cực kỳ đơn giản. Thông thường, dữ liệu sẽ lưu trong bộ nhớ của hệ thống (ví dụ hosting). Còn với Web cache, dữ liệu được ghi nhớ, rồi sau đó truy xuất trực tiếp khi có yêu cầu của người dùng. Tất nhiên, dữ liệu cũng không cần phải đi qua bộ nhớ chính.

5. Tại sao web cache quan trọng?

Bộ nhớ đệm giúp tăng tốc độ Load Website đáng kể. Khi được sử dụng đúng cách, nó sẽ không chỉ giúp thời gian tải nhanh hơn đáng kể mà còn giảm tải trên máy chủ của bạn.

Để hiểu rõ hơn, bạn hãy xem cách một trang được Load. Giả sử bạn sở hữu một Blog có bật bộ nhớ đệm. Lần đầu tiên ai đó truy cập trang chủ của bạn, họ truy cập trang theo cách bình thường. Máy chủ sẽ nhận yêu cầu, xử lý và kết quả trang Web hiển thị sẽ được chuyển thành tệp HTML và được gửi đến trình duyệt Web của khách truy cập. Vì bộ nhớ đệm được bật, máy chủ sẽ lưu trữ tệp HTML này – thường nằm trong RAM, tốc độ này cực kỳ nhanh.

Lần tới khi bạn hoặc bất kỳ ai khác xem trang chủ, máy chủ không cần thực hiện quá trình xử lý và chuyển đổi sang HTML. Thay vào đó, nó chỉ gửi tệp HTML đã được chuẩn bị sẵn đến trình duyệt. Điều này giúp khách truy cập không phải đợi lâu để Load trang. Đồng thời, trang Web cũng sử dụng ít băng thông hơn.

6. Cách thức cache hoạt động

Khi cache client cần truy cập data, việc đầu tiên là check cache. Khi request data tìm thấy dữ liệu cần thiết trong Cache, nó được gọi là Cache hit. Tỉ lệ của kết quả tìm kiếm cache hit được biết đến như là cache hit rate hay ratio.

Nếu việc tìm kiếm data không thành công, nó gọi là Cache miss - từ đây dữ liệu sẽ được kéo từ bộ nhớ chính sang bộ nhớ cache. Việc giữ dữ liệu nào cần, hay xoá khỏi bộ nhớ đệm để nhường chỗ cho dữ liệu mới sẽ tùy thuộc vào thuật toán mà system sử dụng.

Web browsers như là Internet Explorer, Firefox, Safari và Chrome, sử dụng browser cache để tăng hiệu suất các trang web thường xuyên truy nhập.

Khi bạn truy cập một webpage, hệ thống sẽ lưu trữ các file cần thiết vào browser cache trong máy tính. Khi bạn quay lại trang web đó, browser sẽ chỉ cần lấy các thông tin quan trọng và update các thông tin cần thiết mà thôi, và không cần tải lại toàn bộ các nội dung từ web server - điều này làm cải thiện hiệu suất web. Đó được gọi là đọc cache . Trình duyệt có thể đọc dữ liệu từ browser cache nhanh hơn nhiều so với việc đọc lại các tệp từ trang web.

7. Vị trí lưu cache là ở đâu?

Dữ liệu của Cache được lưu trên máy chủ, giữa máy chủ web và máy khách. Cụ thể, có 3 vị trí sau:

Browser cache

Cache trình duyệt, hay browser cache là một bộ lưu trữ tạm thời của browser chứa files của trang web mà bạn đã truy cập vào bộ nhớ máy tính của bạn. Mục đích của nó là đảm bảo bạn sẽ không phải tải lại các file đó trong lần thứ 2 truy cập, vì nó vốn dĩ đã có sẵn trên máy tính của bạn rồi.

Ví dụ như khi máy tính caching lại các yếu tố như HTML, CSS, JS và hình ảnh, các trình duyệt sẽ giảm thiểu thời gian load, cải thiện đáng kể hiệu năng sử dụng của server. Như thế thì bạn tha hồ lướt web vi vu với trải nghiệm êm ru và nhanh chóng.

Proxy cache

Nếu như Browser cache là ứng dụng lưu trữ cá nhân hóa thì Proxy cache lại đáp ứng cho hàng trăm người truy cập cùng nội dung. Proxy cache do Tổ chức ISPs cài đặt để giảm băng thông.

Cách thức lưu trữ này giúp tận dụng tối đa tài nguyên phần cứng. Khi sử dụng Proxy cache, bạn dễ dàng Cache dữ liệu bằng cách lấy một máy chủ bất kỳ nằm giữa máy khách và máy chủ web.

Gateway cache (reverse proxy cache)

Khác với proxy cache, gateway cache được đặt gần với origin server với mục đích giúp giảm tải lên server. Gateway cache được triển khai theo mô hình máy chủ 2 lớp. Trong đó, 1 lớp có vai trò là front-end (xử lý các file tĩnh như html, css,…), còn 1 lớp giữ nhiệm vụ back-end (xử lý các nội dung động – dữ liệu).

Gateway cache được cài đặt bởi quản trị viên nên chúng ta có thể kiểm soát và điều khiển được nó, hoàn toàn ngược lại với browser cache và proxy cache.

8. Ưu nhược điểm của cache

Ưu điểm

• Nhanh hơn bộ nhớ chính vì nó nằm trên chính chip xử lý. Tốc độ của nó tương đương với các thanh ghi bộ xử lý và do đó dữ liệu thường xuyên được yêu cầu được lưu trữ trong bộ nhớ đệm.
• Thời gian truy cập bộ nhớ ít hơn đáng kể cho bộ nhớ cache vì nó khá nhanh. Điều này dẫn đến việc thực hiện nhanh hơn bất kỳ quy trình nào.
• Bộ nhớ cache có thể lưu trữ dữ liệu tạm thời miễn là thường xuyên được yêu cầu. Sau khi việc sử dụng bất kỳ dữ liệu nào kết thúc, nó có thể được xóa khỏi bộ đệm và được thay thế bằng dữ liệu mới từ bộ nhớ chính.

Nhược điểm

• Vì bộ nhớ cache khá nhanh, nên nó cực kỳ hữu ích trong bất kỳ hệ thống máy tính nào. Tuy nhiên, nó cũng khá đắt và vì vậy được sử dụng một cách thận trọng.
• Bộ nhớ cache là bộ nhớ đắt tiền. Ngoài ra, nó được đặt trực tiếp trên chip xử lý. Vì những lý do này, nó có dung lượng hạn chế. Và nhỏ hơn nhiều so với bộ nhớ chính.

7. Lợi ích của Web Caching

Đồng hành với Cache, chúng ta cũng cần nắm rõ khái niệm Caching là gì? Tiếp tục tìm hiểu nhé!

Caching chính là hoạt động lưu trữ dữ liệu dạng nhị phân vào cache. Điều này giúp rút ngắn thời gian truy cập bằng cách tăng tốc độ và giảm độ trễ của webiste, đồng thời, các thao tác trên website cũng thuận tiện và nhanh hơn. Bởi phần lớn các workload của ứng dụng phụ thuộc vào tốc độ của input và output.

Caching có các ưu điểm như:

• Giảm băng thông: Web caching loại bỏ sự lặp lại của các hoạt động mạng trong quá trình máy khách gửi yêu cầu và máy chủ phản hồi (request – response). Nhờ thế, lượng băng thông bị máy khách chiếm dụng đã được giảm đáng kể.
• Cải thiện tốc độ: Nhờ lưu trữ dữ liệu Cache nên quá trình truy xuất các yêu cầu diễn ra gần như ngay tức thời. Điều này giúp tăng hiệu suất vận hành của website.
• Giảm gánh nặng cho máy chủ: Vì bộ nhớ đệm đã đảm nhận một phần dữ liệu nên nó có thể giúp máy chủ xử lý các yêu cầu gửi đến.
• Đáp ứng lượng truy cập lớn: Hầu hết các gói hosting có hỗ trợ Cache đêu luôn đáp ứng tốt nhất lưu lượng truy cập lớn. Thực tế, nó có khả năng chịu tải cao gấp 3 – 4 lần so với hosting không hỗ trợ Cache.

8. Các hình thức Caching

Có 4 hình thức caching cơ bản sau

HTML caching

Là hình thức đơn giản, phổ biến nhất và được phần lớn các website áp dụng.Nội dung của website khi đã gửi đến người truy cập sẽ được lưu trữ tạm bằng file HTML tĩnh, sau đó cất giữ ở ổ cứng máy tính.

Opcode caching

Vì PHP là ngôn ngữ thông dịch nên các website được lập trình bằng PHP thường có tốc độ chậm hơn các mã nguồn khác. Vì vậy, Opcode caching được phát triển nhằm mục đích tăng hiệu suất phân tích, biên dịch cho những website PHP.

Code được biên dịch sẽ lưu trữ tại RAM hay ổ đĩa cứng để phục vụ việc tái sử dụng

Object caching

Object caching được dùng để hỗ trợ cho website WordPress.. Nó được thực hiện bằng câu lệnh wp_cache. Hình thức Caching này giúp lưu trữ Query, Session, và những mục dữ liệu dùng code PHP.

Database caching

Lưu các truy vấn dữ liệu trên bộ nhớ RAM. Sau khi được lưu trữ, dữ liệu sẽ phản hồi kết quả cho người truy cập ở những lần truy vấn sau đó.

9. Cách xóa bộ nhớ cache

Có nên xóa Cache không?

Việc xóa bộ nhớ đệm giúp đặt lại ứng dụng về trạng thái mặc định khi có khó khăn trong quá trình sử dụng hoặc ứng dụng bị lỗi. bạn nên xóa Cache là để tiết kiệm không gian lưu trữ. Một số ứng dụng tốn đến hàng GB để lưu trữ dữ liệu, Khi không còn dùng đến bạn nên xóa đi để giải phóng dung lượng cho bộ nhớ máy. Xóa cache cũng giúp bạn giải quyết các vấn đề sau:

• Bạn cần bảo vệ sự riêng tư, phải xóa các File có chứa thông tin cá nhân.

• Ứng dụng bị lỗi, hoạt động sai cách do các tập tin Cache của ứng dụng bị hỏng.

• Bạn không muốn xóa ảnh, Video, ảnh và ứng dụng trên điện thoại nhưng lại sắp hết dung lượng lưu trữ trên điện thoại.

Xóa Cache sẽ không gây ra bất kỳ trở ngại, lỗi gì nên các bạn cứ yên tâm nhé.

Cách xóa bộ nhớ cache trên trình duyệt máy tính

Tùy thuộc vào trình duyệt bạn sử dụng mà sẽ có những cách xóa cache khác nhau, nhưng cách xóa chúng cũng tương tự nhau nên bạn cũng ko cần quá lo lắng. Dưới đây, tôi sẽ hướng dẫn bạn cách xóa bộ nhớ cache trên trình duyệt Cốc cốc

Bước 1: Click chuột vào logo Cốc cốc trên thanh menu -> Chọn mục Cài đặt-> Lịch sử.

Bước 2: Chọn mục Xóa dữ liệu duyệt Web

Bước 3: Chọn thời gian (24h trước, 7 ngày trước,…), loại dữ liệu (cache, cookies, history) muốn xóa.

Bước 4: Click vào nút Xóa dữ liệu để hoàn tất dữ liệu.

Cách xóa bộ nhớ cache trên di động

Cách xóa browser cache trên di động cũng tương tự như desktop. Dưới đây là các hướng dẫn chi tiết:

Safari (iOS)

Bước 1: Đến phần Cài đặt của thiết bị di động

Bước 2: Tìm và mở mục Safari lên.

Bước 3: Cuộn trang xuống và chọn mục Xóa lịch sử và dữ liệu trang web.

Bước 4: Hệ thống hiển thị pop-up thông báo. Bấm nút Xóa lịch sử và dữ liệu để xác nhận xóa mọi loại cache.

Google Chrome (Android)

Bước 1: Mở trình duyệt Chrome, nhấn vào biểu tượng (3 chấm dọc) trên thanh menu -> Chọn mục Nhật ký.

Bước 2: Chọn mục Xóa dữ liệu duyệt web.

Bước 3: Chọn thời gian, các loại dữ liệu (history, cookies, cache) bạn muốn xóa.

Bước 4: Nhấn nút xóa dữ liệu để hoàn thành

Việc xóa Cache không nhất thiết phải thực hiện hàng ngày, bởi trình duyệt có khả năng tự động ghi đè. Bạn chỉ nên áp dụng cách xóa trên khi thấy website hiển thị sai nội dung, hoặc trình duyệt chạy chậm thôi nhé

Có cách nào để các trang web không lưu lại trên bộ nhớ cache không?

Thay vì mỗi lần truy cập vào trang web xong bạn lại phải nhọc công xóa bộ nhớ cache đi, thì chúng ta có một giải pháp hữu ích “nhanh-gọn-lẹ” và an toàn hơn, chẳng hạn như sử dụng chế độ duyệt web ẩn danh với tổ hợp phím CTRL + SHIFT + N trên Google Chrome chẳng hạn. Khi bạn duyệt web ở chế độ ẩn danh, không có bất kỳ dữ liệu hay lịch sử duyệt web nào được lưu lại trên máy tính đâu nha.

10. Cách khôi phục cache đã xóa

Nếu bạn có đăng nhập tài khoản Google trên trình duyệt của mình thì đừng lo lắng, mọi lịch sử duyệt web, thông tin cá nhân lưu trữ đều được đồng bộ trên Google, đặc biệt là Google History. Và nếu muốn xem lại lịch sử duyệt web trước đó đã lỡ xóa, hãy thực hiện theo hướng dẫn sau:

• Bước 1: Truy cập vào đường dẫn google.com/history > Đăng nhập vào tài khoản Google (tài khoản này phải cùng với tài khoản đã đăng nhập trên trình duyệt).
• Bước 2: Chọn Lọc theo ngày và sản phẩm để lọc ra là bạn đã truy cập vào trang web nào, trong thời gian nào
• Bước 3: Chọn ngày giờ, các sản phẩm của Google để lọc chính xác lịch sử duyệt web của bạn, sau đó nhấn Áp dụng.

Sau khi lọc thì sẽ hiện ra lịch sử duyệt web mà bạn đã truy cập.

Như vậy là chúng ta vừa tìm hiểu xong từ A-Z thông tin về cache trên nhiều browser khác nhau trên cả thiết bị desktop lẫn mobile rồi nhé. Mong rằng qua bài viết này,các bạn có thể hiểu rõ hơn về cache và ứng dụng của nó. Chúc bạn thành công