مدیریت هوشمندانه حافظه با الگوریتم LFU
منابعی که در دنیا در اختیار انسان است بسیار محدود است. به همین دلیل بشر در طول تاریخ همیشه به دنبال راهی برای بهینه سازی هزینه و سرعت استفاده از منابع بوده است. در حوزه نرم افزار هم این قاعده وجود دارد و متخصصان و فعالان این حوزه همواره به دنبال راهی برای بهینه سازی سرویس‌ها هستند.
الگوریتم LFU (Least Frequently Used) یکی از روش‌های مدیریت حافظه پنهان کش (Cache) است. این الگوریتم در هنگام پر شدن حافظه تعیین می‌کنند چه دادههایی باید حذف شوند و در بهینه سازی سیستم و استفاده درست از منابع کمک شایانی به ما میکند.
LFU چیست؟
یک الگوریتم ذخیره سازی داده در حافظه کش است. کش (LFU) به معنی کمتر استفاده شده است و در بین استراتژی‌های ذخیره سازی یکی از رایج‌ترین و موثرترین روش‌ها است. این الگوریتم کاربردهای متعددی در حوزه‌های مختلف دارد، از مرورگرهای وب تا سیستم‌های پایگاه داده همگی برای افزایش سرعت از این کش استفاده می‌کنند.
این الگوریتم با پیچیدگی زمانی 1(O) در عملیات‌های خواندنی (GET) و نوشتنی (PUT) استفاده میشود. طراحی این الگوریتم به شکلی است که هر بار که داده‌ای از کش خوانده یا نوشته میشود آن داده اولویت بالاتری میگیرد.
کش (Cache) چیست؟
کش برای ذخیره داده‌های پر استفاده در مکانی قابل دسترس‌تر است. این حافظه برای افزایش سرعت سیستم و دسترسی راحتتر به دادهها طراحی شده است.
وقتی در سیستم شما داده ای درخواست میشود اول در کش، آن داده جستوجو میشود اگر وجود نداشت در حافظه اصلی جستو جو می شود.
این سه مورد در موثرتر عمل کردن کش تاثیر دارند:
- اندازه کش
- سیاست جایگزینی کش
- الگوی دسترسی به دادهها
صفحه بندی در LFU
در مدیریت حافظه با صفحه بندی؛ یک الگوریتم برای جایگزینی صفحه لازم است. این الگوریتم با اضافه شدن یک صفحه جدید یک صفحه قدیمی‌تر را پاک میکند. خطای صفحه زمانی اتفاق می‌افتد که پردازش نیاز به صفحه‌ای جدید دارد اما در حافظه رم وجود ندارد و باید از حافظه دیسک فراخوانی شود.
LFU چگونه کار میکند؟
در حافظه پنهان هر داده با یک شماره نشانه گذاری میشود، این شماره تعداد دفعات دسترسی به آن داده را مشخص میکند. هر بار که به یک داده دسترسی پیدا میشود شمارنده آن داده یک واحد افزایش می‌یابد. بدین ترتیب وقتی حافظه کش پر است و شما داده‌ای جدید اضافه می‌کنید این الگوریتم موردی را که کمترین دسترسی را داشته پاک و جایگزین میکند. اگر چند مورد دسترسی یکسانی داشته باشند الگوریتم با معیاری دیگر مانند کمترین دسترسی در زمان اخیر دادهها را پاک میکند.
الگوریتم‌های گوگل و تاثیرات آن بر سئو _ بیشتر بدانید
مزایای استفاده از LFU :
برای دادههایی که همیشه باید در دسترس باشند و مورد استفاده هستند عملکرد خوبی دارد.
اگر داده‌ای در مورد طولانی مورد استفاده نباشد همچنان در حافظه نگهداری میشود.
این الگوریتم نسبت به استفاده از داده در زمان، تصمیم میگیرد چه دادههایی حفظ شوند و چه دادههایی جایگزین شوند.
مقایسه سه الگوریتم پر کاربرد
| مقایسه الگوریتم‌ها | FIFO | LRU | LFU |
|---|---|---|---|
| اصل | قدیمی‌ترین داده را حذف میکند | کمترین داده استفاده شده را حذف میکند | داده ای که کمتر استفاده میشود را حذف میکند |
| پیچیدگی | کم | متوسط | زیاد |
| سازگاری | کم | خوب | متوسط |
| عملکرد برای مکان زمانی | کم | عالی | خوب |
| عملکرد برای الگوهای مبتنی بر فرکانس | کم | متوسط | عالی |
| سربار | کم | متوسط | زیاد |
کاربردهای سه الگوریتم پر کاربرد
در اینجا سه الگوریتم پر کاربرد را مقایسه می‌کنیم و کاربردهای آنها را مشخص می‌کنیم.
FIFO
- شبکه‌های توزیع محتوا (CDN): برای ذخیره داده‌های ثابت که به صورت دوره‌ای در تایم‌های مشخص به روز می‌شوند، این الگوریتم می‌تواند اطمینان دهد که داده‌های قدیمی ابتدا حذف شود و داده‌های جدید جایگزین شوند.
- سیستم‌های تعبیه شده: در محیط‌هایی که منابع محدود است و سادگی و سربار اهمیت دارد، FIFO گزینه مناسبی است.
- جریان دادهها: در داده‌های سری زمانی؛ داده‌های قدیمی از اهمیت کمتری برخوردار هستند و الگوریتم FIFO برای این کار مناسب است زیر دادهها قدیمی را زودتر پاک میکند.
LRU
- حافظه پنهان و پرس و جو پایگاه داده: این الگوریتم در پایگاه داده استفاده بیشتری دارد چون داده‌های قدیمی را پاک میکند و در پایگاه داده معمولا دادههایی که جدیدا اضافه شده استفاده بیشتری دارند.
- مرورگر های وب: باعث میشود در مرورگرهای وب صفحاتی که قدیمی هستند و زمان زیادی از آنها استفاده نشده پاک شوند و صفحات جدید اضافه شوند. این موضوع سرعت مرورگر را افزایش می‌دهد.
- حافظه پنهان سیستم: همچنین این الگوریتم در حافظه پنهان سیستم عامل هم کمک زیادی میکند و با حذف داده‌های قدیمی فایل‌های جدید را در حافظه نگه می‌دارد.
LFU
- سیستم‌های توصیه محتوا: این الگوریتم در سیستم‌های توضیه محتوا کاربرد دارد زیرا آیتم‌های محبوب را نگهداشته و آیتم‌های کمتر دیده شده را حذف میکند این موضوع دسترسی سریع کاربران به محتوای پر طرف دار را راحت میکند.
- حافضه پنهان CDN: الگوریتم LFU باعث میشود محتوای محبوب و پر بازدید باقی و محتواهای کمتر درخواست شده حذف شوند. این موضوع باعث بهینه سازی و افزایش سرعت CDN میشود.
- پایگاه‌های داده درون حافظه: این الگوریتم دادههایی که کمترین استفاده را دارند حذف کرده که این کار باعث بهینه شدن مصرف حافظه و عملکرد بهتر پایگاه داده میشود.
برای بازیابی اطلاعات مهم چه کاری باید کرد؟
دادهها و اطلاعات برای هر کسب و کاری جزو عناصر حیاتی است. با انتخاب فضای بکاپ درست به حفط کسب و کار خود کمک کنید. پویان آی تی با ارائه بکاپ با قیمتی مناسب امنیت اطلاعات شما را تضمین میکند.
کلام آخر
الگوریتم LFU یک روش برای مدیریت حافظه پنهان سیستم است. منطق این الگوریتم به این صورت است که دادههایی با کمترین دسترسی در آینده هم خیلی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند؛ پس دادههایی با کمترین استفاده را حذف میکند و با دادهها و صفحات جدید جایگزین میکند. این کار باعث افزایش سرعت سیستم و بهینه سازی میشود.
سوالات متداول
-
LFU به چه روشی کار میکند؟
این الگوریتم با شماره گذاری دادهها و صفحات میزان دسترسی به آنها را مشخص میکند. به گونه‌ای که با هر دسترسی به داده یک واحد به شمارنده آن افزوده میشود.
-
استفاده از الگوریتم LFU چه مزایایی دارد؟
دسترسی به دادههایی که همیشه مورد استفاده هستند را راحتتر میکند، در زمان پر شدن حافظه تصمیم میگیرد چه دادههایی حذف شوند و باعث افزایش سرعت و بهینه شدن سیستم کمک میشود.
منابع
- https://algocademy.com/blog/cache-algorithms-fifo-vs-lru-vs-lfu-a-comprehensive-guide/
اولین دیدگاه را اضافه کنید.