Transcript 2.2バッファ、キュー、キャッシュ

2.2バッファ、キュー、キャッシュ
国際産業情報学科
牧野ゼミ 二年
大竹 雅子
バッファ
→
コンピュータネットワークを理
解するための最も基礎となる
部分。データを一時的に保存
しておく場所。
↓
キュー
キャッシュ
FIFO(First In First Out)
処理速度が速い装置が、遅い
・・・最初に入ってきた
装置に何度も同じデータの転
送を要求する可能性が大きい
データから順番に処理
される。
場合に利用される。
コンピュータの内部には、データ処理速度や転送
速度が異なる機器がたくさん使われている。
・速度の違う機械同士を接続する時には、速度差を
交換したり、吸収しなければならない。
その最も一般的な方法＝バッファを使う方法
※1 ハードディスク、プリンタなど機械的な動作をする機器は電気的な処理を
する半導体メモリなどに比べて数桁も処理速度が異なります。
※2
ルータやブリッジが速度差を吸収するためにバッファを持っている。
※3
ブリッジ・・・Ethernetのフレームをいったんバッファに格納し、速度を
変換してから転送することで、伝送速度の異なるEthernetを互いに接続できるよ
うにしている。
速度の違う機器の間にはバッファ（記憶装置）がある。
＜高速な装置＞
CPU
キャッシュ
メモリ
主記憶装置
ディスク
＜低速な装置＞
主記憶装置
（メインメモリ）
ハードディスク
キャッ
シュ
＊コンピュータネットワークでは・・・
100Mbpsの
100Mbpsの
Ethernet
Ethernet
10Mbpsの
ブリッジ又
は、ルータ
Ethernet
「バッファがあふれた状態」
・・・速い装置から遅い装置へ転送しきれない
ほどのデータが転送されると、バッファがいっぱ
いになる。
→→後から送られてきたデータは失われる。
フロー制御を行う
バッファがいっぱいになったら、そ
れ以上のデータをバッファに転送し
ないよう、データの流れを中断した
り、再開したりする制御のこと。
キューは銀行の窓口に並んでサービスを
待つことにたとえられます。
6
・後から来たも
のは、行列の
最後尾に付く。
5
4
キュー（待ち行
列）
窓口
3
2
1
・先に入ったものから順
番に処理される。
キューには様々な形態があります。
①窓口が複数でキューが一つの場合
公平に順番が回ってくる。
処理1
処理8
処理7
処理6
処理5
処理4
処理2
処理3
②窓口ごとにキューがある場合
それぞれの窓口の処理時間の違いにより、不公平が
生じる場合がある。
処理14
処理12
処理13
処理
10
処理2
処理1
処理
8
処理6
処理5
処理3
処理11
処理9
処理7
処理4
③窓口が１つでキューが複数の場合
（例：高速道路などの合流）
処理10
処理9
処理7
処理3
処理12
処理11
処理2
処理6
処理8
処理5
処理4
処理1
それぞれのキューごとに、優先順位など特徴づけを
するやり方もある。
（例）飛行機では、ファーストクラスの客と、エコノミーの
客では、搭乗手続きなどのキューが違います。
・ファーストクラスの客は、エコノミーの客よりも常に
優先度の高いキューに並ぶことができます。
コンピュータやネットワークのハードウェアやソフトウェ
アの設計では、キューの構造によって性能が大きく変
わる場合があるので、キューの構造や機能、性能に
ついて十分に理解しておく必要があります。
・速度が速い装置が、遅い装置からのデータを受信した場
合、そのデータを一時的にキャッシュに保存します。
・DATA1の読み
込み要求
最近参照されたデー
タは、再度参照される
可能性があるため、
キャッシュに保存する。
ハードディスク
キャッシュ
DATA1
DATA2
DATA1
DATA3
DATA4
DATA5
DATA6
※再度同じデータにアクセスした場合には、キャッシュ
からデータを読み込みます。⇒二度目からは高速に
データにアクセスできるようになります。
ハードディスク
DATA1の読
みこみ要求
DATA5の読
みこみ要求
キャッ
シュ
DATA1
DATA1
DATA2
DATA3
DATA4
DATA5
DATA6
DATA5
ただし、普通はキャッシュの記憶容量が小さいため、
キャッシュに格納されたデータは適宜消去されます。
（キャッシュの効果には限界があります。）
コンピュータの内部にはたくさんのキャッシュが使われてい
ます。
（例）CPUとメインメモリの間には、キャッシュメモリがありま
す。（1次キャッシュ、2次キャッシュというように。）
*一般的には、キャッシュの容量が大きければ大
きいほど、コンピュータの処理速度が向上します。
*TCP/IPでも、ネットワークの利用効率とアクセス速度
の向上のためにキャッシュが利用されています。
（例）ARPやDNS、Webブラウザ、プロキシ（代理）サー
バなどではキャッシュが利用されています。
・元のデータが変更された直後には、キャッシュには古いデータ
が残っています。
⇒この古いデータを新しいデータに変更しなければ、いつまでも
古いデータにアクセスしてしまうことになります。
（例）Webで何度見ても古いニュースしか見れない場合
・・・キャッシュにたまっている古い情報が画面に表示されます。
⇒（Netscape NavigatorやInternet Explorerでは、
Shiftキーを押しながら[再読み込み]ボタンをクリックという操作
で、キャッシュを無視して、強制的な情報の更新ができます。