Nếu bạn có hứng thú với phần cứng máy tính, có lẽ bạn đã từng nghe đến thuật ngữ “cache” của SSD. Vậy thực chất SSD Caching là gì? Và có mấy loại bộ nhớ đệm SSD tồn tại? Hãy cùng PCMag khám phá thông qua bài viết này.
Cache là gì?
Trước khi đi sâu vào khái niệm SSD Cache, hãy cùng nhau hiểu rõ hơn về khái niệm bộ nhớ đệm.
Bộ nhớ đệm hay cache là loại bộ nhớ tạm thời dùng để lưu giữ dữ liệu hay thông tin có khả năng được truy xuất một cách nhanh chóng. Mục đích của nó là tăng cường hiệu suất hệ thống qua việc lưu trữ các dữ liệu thường xuyên được sử dụng hoặc có khả năng tái sử dụng trong thời gian ngắn sắp tới.
Khi có một yêu cầu truy cập dữ liệu, hệ thống sẽ đầu tiên kiểm tra bộ nhớ đệm để xác định liệu dữ liệu đã được lưu giữ ở đó chưa. Nếu tìm thấy dữ liệu trong bộ nhớ đệm, việc truy xuất sẽ diễn ra một cách nhanh chóng mà không cần đến việc truy cập dữ liệu gốc, qua đó nâng cao tốc độ truy xuất dữ liệu và hiệu suất của hệ thống.
SSD Cache là gì?
Bộ nhớ đệm SSD là một phần nhỏ của ổ SSD dành riêng cho việc lưu trữ dữ liệu tạm thời nhằm nâng cao hiệu suất của hệ thống. Khi có yêu cầu truy xuất dữ liệu từ ổ đĩa cứng, thông tin này sẽ được lưu giữ trong bộ nhớ đệm SSD, cho phép truy xuất sau này diễn ra nhanh chóng hơn. Sử dụng bộ nhớ đệm SSD giúp giảm đáng kể thời gian cần thiết để truy cập dữ liệu và cải thiện tốc độ đọc/ghi của hệ thống.
Nguyên lý hoạt động của SSD Cache
Một phần của ổ SSD được dành riêng để lưu trữ dữ liệu tạm thời từ ổ đĩa cứng chính. Khi dữ liệu hoặc tệp tin từ ổ đĩa cứng được truy cập, một bản sao của nó sẽ được lưu vào bộ nhớ đệm của SSD.
Việc này làm cho quá trình truy cập dữ liệu từ bộ nhớ đệm SSD nhanh hơn nhiều so với việc truy cập trực tiếp từ ổ đĩa cứng, bởi vì SSD cung cấp tốc độ đọc/ghi cao hơn và thời gian truy cập dữ liệu ngắn hơn so với ổ đĩa cứng.
Bộ nhớ đệm SSD áp dụng các thuật toán phức tạp để quyết định dữ liệu nào được giữ lại trong cache và dữ liệu nào cần được loại bỏ để nhường chỗ cho dữ liệu mới. Các thuật toán này phân tích mẫu truy cập dữ liệu và ưu tiên giữ lại những dữ liệu có tỷ lệ truy cập cao.
Tuy nhiên, do có dung lượng hạn chế, SSD cache không thể chứa toàn bộ dữ liệu từ ổ đĩa cứng. Vì vậy, hiệu quả của SSD cache có thể bị hạn chế nếu không có đủ không gian để lưu trữ những dữ liệu được truy cập thường xuyên.
Các loại SSD Cache
Write-around caching
Write-around caching là kỹ thuật quản lý bộ nhớ đệm, nơi dữ liệu mới được ghi ngay vào bộ lưu trữ chính mà không qua bộ nhớ đệm.
Trong phương pháp này, khi có yêu cầu ghi dữ liệu, dữ liệu sẽ được ghi ngay vào bộ lưu trữ chính mà không được đưa vào bộ nhớ đệm. Điều này đồng nghĩa với việc dữ liệu mới chỉ được thêm vào bộ nhớ đệm khi có yêu cầu đọc nó lần đầu.
Kỹ thuật này thường được áp dụng trong các hệ thống lưu trữ với không gian cache có giới hạn hoặc khi kích thước của dữ liệu ghi là lớn. Write-around caching giúp ngăn chặn việc bộ nhớ đệm bị đầy quá nhanh và giảm thiểu nguy cơ mất dữ liệu do sự cố bộ nhớ đệm.
Tuy nhiên, một hạn chế của phương pháp write-around caching là việc truy xuất dữ liệu đọc có thể mất thêm thời gian vì dữ liệu cần được lấy trực tiếp từ bộ lưu trữ chính chứ không phải từ cache. Điều này có thể làm tăng độ trễ khi đọc dữ liệu, đặc biệt trong trường hợp cần truy cập lại dữ liệu nhiều lần.
Write-back caching
Write-back caching là kỹ thuật quản lý bộ nhớ đệm cho phép dữ liệu được ghi vào cache trước khi được chuyển đến bộ lưu trữ chính.
Khi có yêu cầu ghi dữ liệu, bước đầu tiên là lưu dữ liệu vào cache. Hệ thống sau đó đánh dấu dữ liệu này như đã được ghi, mà không cần phải đợi việc ghi dữ liệu hoàn tất vào bộ lưu trữ chính. Việc chuyển dữ liệu từ cache sang bộ nhớ chính được tiến hành tại một thời điểm thích hợp sau đó.
Áp dụng kỹ thuật write-back caching mang lại lợi ích trong việc nâng cao hiệu suất của hệ thống lưu trữ. Việc ghi dữ liệu vào cache trước giúp cho các yêu cầu ghi sau được thực hiện nhanh chóng mà không cần phải đợi ghi vào bộ lưu trữ chính, từ đó giảm bớt thời gian truy cập và tăng hiệu suất xử lý dữ liệu.
Tuy nhiên, write-back caching cũng đi kèm với những rủi ro nhất định. Trong trường hợp xảy ra sự cố như mất điện, có nguy cơ dữ liệu trong cache sẽ không được ghi vào bộ nhớ chính và có thể bị mất hoặc không được cập nhật kịp thời. Vì vậy, việc áp dụng các biện pháp bảo vệ dữ liệu, như sao lưu dữ liệu định kỳ, là cần thiết để đảm bảo sự an toàn cho dữ liệu.
Write-through caching
Write-through caching là kỹ thuật quản lý bộ nhớ đệm, nơi dữ liệu được ghi cùng lúc vào cả cache và bộ lưu trữ chính.
Mỗi khi dữ liệu được ghi vào cache, nó ngay lập tức cũng được ghi vào bộ lưu trữ chính. Điều này bảo đảm rằng dữ liệu luôn được đồng bộ hóa giữa cache và bộ lưu trữ chính.
Trong trường hợp có yêu cầu đọc dữ liệu, hệ thống sẽ kiểm tra cache đầu tiên. Nếu dữ liệu có sẵn trong cache, nó sẽ được trả lại ngay. Nếu không, dữ liệu sẽ được lấy từ bộ lưu trữ chính và sau đó được lưu trữ trong cache trước khi phục vụ yêu cầu đọc.
Lợi ích chính của write-through caching là việc đảm bảo dữ liệu giữa cache và bộ lưu trữ chính luôn nhất quán. Khi dữ liệu được ghi vào cache, nó cũng được lưu vào bộ lưu trữ chính, giúp tránh mất dữ liệu trong trường hợp có sự cố như mất điện.
Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây ra độ trễ ghi dữ liệu cao hơn do việc ghi vào bộ lưu trữ chính mất nhiều thời gian hơn so với chỉ ghi vào cache.
