ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات

في مجال الحوسبة، تُعرف ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات ، والتي تُسمى أحيانًا ذاكرة التخزين المؤقت للقرص ، ^{[ 1 ]} بأنها ذاكرة تخزين مؤقت شفافة للصفحات المُخزّنة على جهاز تخزين ثانوي مثل القرص الصلب (HDD) أو القرص ذي الحالة الصلبة (SSD). يحتفظ نظام التشغيل بذاكرة التخزين المؤقت للصفحات في أجزاء غير مُستخدمة من الذاكرة الرئيسية (RAM)، مما يُتيح الوصول بشكل أسرع إلى محتويات الصفحات المُخزّنة مؤقتًا وتحسين الأداء العام. تُطبّق ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات في نواة النظام مع إدارة ذاكرة الترحيل ، وهي شفافة في الغالب للتطبيقات.

عادةً، يستخدم نظام التشغيل جميع الذاكرة الفعلية غير المخصصة مباشرةً للتطبيقات لتخزين الصفحات مؤقتًا. ولأن هذه الذاكرة ستكون خاملة في الأحوال العادية، ويمكن استعادتها بسهولة عند طلب التطبيقات لها، فلا يوجد عادةً أي تأثير سلبي على الأداء، بل قد يُبلغ نظام التشغيل عن هذه الذاكرة بأنها "حرة" أو "متاحة".

بالمقارنة مع الذاكرة الرئيسية، تُعدّ عمليات القراءة والكتابة على القرص الصلب بطيئة، وتتطلب عمليات الوصول العشوائي عمليات بحث مكلفة على القرص ؛ ونتيجةً لذلك، تُحسّن سعة الذاكرة الرئيسية الأكبر الأداء، حيث يُمكن تخزين المزيد من البيانات مؤقتًا في الذاكرة. ^{[ 2 ]} يتم توفير تخزين مؤقت منفصل للقرص على مستوى الأجهزة، بواسطة رقائق ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) أو ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة (NVRAM) المخصصة، الموجودة إما في وحدة تحكم القرص (وفي هذه الحالة، يتم دمج ذاكرة التخزين المؤقت في القرص الصلب وتُسمى عادةً مخزن مؤقت للقرص ^{[ 3 ]} )، أو في وحدة تحكم مصفوفة الأقراص ، ويجب عدم الخلط بين هذه الذاكرة وذاكرة التخزين المؤقت للصفحات. قد يستخدم نظام التشغيل أيضًا جزءًا من الذاكرة الرئيسية كمخزن مؤقت للكتابة في نظام الملفات، ويُطلق عليه حينها مخزن مؤقت للصفحات . ^{[ 4 ]}

تُسمى الصفحات المُعدّلة في ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات بعد إدخالها بالصفحات المُعدّلة. ^{[ 5 ]} ولأن الصفحات غير المُعدّلة في ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات لها نسخ مُطابقة في وحدة التخزين الثانوية (مثل القرص الصلب أو محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة)، فإن حذف مساحتها وإعادة استخدامها أسرع بكثير من نقلها إلى ذاكرة التطبيق، وغالبًا ما يُفضّل هذا الخيار على إفراغ الصفحات المُعدّلة إلى وحدة التخزين الثانوية وإعادة استخدام مساحتها. كما يتم الوصول إلى الملفات التنفيذية ، مثل التطبيقات والمكتبات، عادةً من خلال ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات، وتُربط بمساحات العمليات الفردية باستخدام الذاكرة الافتراضية (يتم ذلك من خلال استدعاء النظام mmap في أنظمة التشغيل الشبيهة بنظام يونكس). هذا لا يعني فقط مشاركة الملفات التنفيذية بين العمليات المنفصلة، ​​بل يعني أيضًا إفراغ الأجزاء غير المُستخدمة من الملفات التنفيذية من الذاكرة الرئيسية في النهاية، مما يؤدي إلى توفير الذاكرة.

بما أن الصفحات المخزنة مؤقتًا يمكن إزالتها وإعادة استخدامها بسهولة، فإن بعض أنظمة التشغيل، ولا سيما ويندوز إن تي ، تُبلغ عن استخدام ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات على أنه ذاكرة "متاحة"، بينما تُخصص هذه الذاكرة فعليًا لصفحات القرص. وقد أدى ذلك إلى بعض الالتباس حول استخدام ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات في ويندوز.

تُساعد ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات أيضًا في الكتابة إلى القرص. تُعلّم الصفحات الموجودة في الذاكرة الرئيسية والتي تم تعديلها أثناء كتابة البيانات إلى القرص بأنها "مُعدّلة" ويجب تفريغها إلى القرص قبل تحريرها. عند كتابة ملف، يتم البحث عن الصفحة المُخزّنة مؤقتًا للكتلة المُحدّدة. إذا وُجدت بالفعل في ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات، تتم الكتابة إلى تلك الصفحة في الذاكرة الرئيسية. إذا لم تُوجد في ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات، فعندما تقع عملية الكتابة تمامًا ضمن حدود حجم الصفحة ، لا تُقرأ الصفحة من القرص، بل تُخصّص وتُعلّم فورًا بأنها مُعدّلة. وإلا، تُسترجع الصفحة (أو الصفحات) من القرص وتُجرى التعديلات المطلوبة. قد يؤدي إنشاء ملف أو فتحه في ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات، ولكن لم تتم الكتابة إليه، إلى ملف بحجم صفر بايت عند قراءته لاحقًا.

ومع ذلك، لا يمكن الكتابة إلى جميع الصفحات المخزنة مؤقتًا لأن رمز البرنامج غالبًا ما يتم تعيينه للقراءة فقط أو النسخ عند الكتابة ؛ في الحالة الأخيرة، ستكون التعديلات على التعليمات البرمجية مرئية فقط للعملية نفسها ولن يتم كتابتها على القرص.

في عام 2019، أظهر باحثون أمنيون هجمات القنوات الجانبية ضد ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات: من الممكن تجاوز فصل الامتيازات وتسريب البيانات حول العمليات الأخرى من خلال المراقبة المنهجية لما إذا كانت بعض صفحات الملفات (على سبيل المثال الملفات التنفيذية أو ملفات المكتبة ) موجودة في ذاكرة التخزين المؤقت أم لا. ^{[ 6 ]}

• ذاكرة التخزين المؤقت للصفحات، العلاقة بين الذاكرة والملفات