جلب البيانات المسبق

الجلب المسبق هو أسلوب يُستخدم في الحوسبة لتحسين الأداء عن طريق استرجاع البيانات أو التعليمات قبل الحاجة إليها. من خلال التنبؤ بما سيطلبه البرنامج في المستقبل، يمكن للنظام تحميل المعلومات مسبقًا لتقليل أوقات الانتظار. ^{[ 1 ]}

تُستخدم تقنية الجلب المسبق في مجالات حوسبة متنوعة، بما في ذلك بنى المعالجات المركزية وأنظمة التشغيل . ويمكن تطبيقها في كل من الأجهزة والبرامج ، وتعتمد على اكتشاف أنماط الوصول التي تشير إلى البيانات التي يُحتمل الحاجة إليها قريبًا.

تعمل عملية الجلب المسبق عن طريق التنبؤ بعناوين الذاكرة أو الموارد التي سيتم الوصول إليها وتحميلها في وحدات تخزين ذات وصول أسرع، مثل ذاكرة التخزين المؤقت . ^{[ 1 ]}

يمكن استخدام تقنية الجلب المسبق:

• على مستوى الأجهزة ، مثل وحدات تحكم ذاكرة وحدة المعالجة المركزية
• على مستوى البرمجيات ، استراتيجيات في المترجمات ، وأنظمة التشغيل، والمنطق في متصفحات الويب أو أنظمة الملفات

غالبًا ما تتضمن المعالجات (وحدات المعالجة المركزية) تقنية الجلب المسبق التي تحاول تقليل أخطاء الذاكرة المؤقتة عن طريق تحميل البيانات في الذاكرة المؤقتة قبل أن يطلبها البرنامج قيد التشغيل. هذا مفيد للبرامج التي تصل إلى الذاكرة بأنماط يمكن التنبؤ بها، مثل الحلقات التي تتكرر على المصفوفات . ^{[ 1 ]}

يمكن إجراء الجلب المسبق للأجهزة دون تدخل برمجي، وهو موجود في معظم وحدات المعالجة المركزية الحديثة. على سبيل المثال، تتميز وحدات المعالجة المركزية من إنتل بمجموعة متنوعة من تقنيات الجلب المسبق التي تعمل عبر مستويات ذاكرة تخزين مؤقت متعددة. ^{[ 1 ]}

• يكتشف جلب البيانات المسبق ذو الخطوة أنماط الوصول إلى الذاكرة ذات الخطوة الثابتة (مسافة ثابتة بين عمليات الوصول المتتالية إلى الذاكرة) ^{[ 2 ]}
• يحدد جلب البيانات المسبق للتدفق التسلسلات الطويلة من عمليات الوصول المتجاورة للذاكرة (الوصول المتسلسل إلى كتلة من الذاكرة) ^{[ 2 ]}
• يتعلم جلب البيانات المسبق بالارتباط الأنماط بين حالات عدم وجود البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت ويحفز عمليات الجلب المسبق بناءً على تلك الأنماط ^{[ 2 ].}

يمكن كتابة تعليمات الجلب المسبق في الكود بواسطة المبرمج أو المترجم. تحدد تعليمات الجلب المسبق عناوين الذاكرة المراد جلبها مسبقًا ومسافة الجلب المسبق المطلوبة. ^{[ 2 ]}

في مجال البرمجيات، توجد تعليمات يمكن كتابتها باستخدام:

• prefetchعلى معمارية x86
• __builtin_prefetchفي مُصرّف GCC
• _mm_prefetchفي دليل Intel Intrinsics

يمكن أن يُحسّن الجلب المسبق الأداء بشكل ملحوظ، ولكنه قد لا يكون مفيدًا دائمًا إذا طُبّق بشكل خاطئ. فإذا كانت التوقعات غير دقيقة، فقد يُهدر الجلب المسبق عرض النطاق الترددي ، أو وقت المعالجة، أو يُسبب تلوثًا في ذاكرة التخزين المؤقت. وفي الأنظمة ذات الموارد المحدودة أو أحمال العمل غير المتوقعة، قد يُؤدي الجلب المسبق إلى تدهور الأداء بدلًا من تحسينه. ^{[ 1 ]}

قد يؤدي تطبيق كل من جلب البيانات المسبق عبر البرمجيات والأجهزة إلى تدهور الأداء بسبب التفاعلات التي قد تحدث بينهما نتيجة لطريقة التنفيذ. ^{[ 6 ]}

• ذاكرة التخزين المؤقت (الحوسبة)
• جلب البيانات المسبق من ذاكرة التخزين المؤقت
• جلب التعليمات المسبق
• التنفيذ التخميني
• قائمة انتظار الإدخال المسبق