На какое время кэшируются результаты dns запросов
Обновлено: 04.07.2024
Windows содержит кэш DNS на стороне клиента. функция кэширования dns на стороне клиента может создать ложное впечатление, что балансировка нагрузки dns с циклическим перебором не происходит с dns-сервера на клиентский компьютер Windows. При использовании команды ping для поиска того же имени домена A-записи клиент может использовать тот же IP-адрес.
Как отключить кэширование на стороне клиента
Чтобы отключить кэширование DNS, выполните одну из следующих команд:
чтобы полностью отключить кэш DNS в Windows, используйте средство контроллера служб или средство "службы", чтобы задать для параметра "тип запуска службы DNS-клиента значение" отключено". обратите внимание, что имя Windows службы DNS-клиента также может отображаться как "днскаче".
Если кэш сопоставителя DNS деактивируется, Общая производительность клиентского компьютера снижается, а сетевой трафик для запросов DNS увеличивается.
Служба DNS-клиента оптимизирует производительность разрешения имен DNS за счет хранения ранее разрешенных имен в памяти. Если служба DNS-клиента отключена, компьютер может по-прежнему разрешать DNS-имена с помощью DNS-серверов сети.
когда сопоставитель Windows получает ответ (положительный или отрицательный) на запрос, он добавляет этот ответ в свой кэш и тем самым создает запись ресурса DNS. Сопоставитель всегда проверяет кэш перед запросом DNS-сервера. Если запись ресурса DNS находится в кэше, сопоставитель использует запись из кэша вместо запроса к серверу. Такое поведение ускоряет запросы и уменьшает сетевой трафик для запросов DNS.
Для просмотра и очистки кэша сопоставителя DNS можно использовать средство ipconfig. Чтобы просмотреть кэш сопоставителя DNS, выполните в командной строке следующую команду:
Эта команда отображает содержимое кэша сопоставителя DNS, включая записи ресурсов DNS, предварительно загруженные из файла Hosts, и все недавно запрошенные имена, разрешенные системой. Через некоторое время сопоставитель отклоняет запись из кэша. Период времени указывается значением срока жизни (TTL) , связанным с записью ресурса DNS. Кэш также можно очистить вручную. После очистки кэша компьютер должен снова запрашивать DNS-серверы для любых записей ресурсов DNS, которые ранее были разрешены компьютером. Чтобы удалить записи в кэше сопоставителя DNS, выполните ipconfig /flushdns команду из командной строки.
Использование реестра для управления временем кэширования
Внимательно выполните действия, описанные в этом разделе. Неправильное изменение реестра может привести к серьезным проблемам. Перед внесением изменений создайте резервную копию реестра для его восстановления в случае возникновения проблем.
Промежуток времени, в течение которого кэшируется положительный или отрицательный ответ, зависит от значений записей в следующем разделе реестра:
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\DNSCache\Parameters
Число секунд, указанное в ответе на запрос, полученным распознавателем
Значение параметра реестра макскачеттл .
Чтобы задать время кэширования на клиентском компьютере, выполните следующие действия.
Запустите редактор реестра (Regedit.exe).
Найдите и выберите в реестре следующий раздел:
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Dnscache\Parameters
В меню Правка наведите указатель мыши на пункт Создать, выберите пункт значение DWORD, а затем добавьте следующие значения реестра:
Имя значения: Макскачеттл
Тип данных: REG_DWORD
Данные значения: значение по умолчанию 86400 секунд.
Если вы уменьшите максимальное значение TTL в кэше DNS клиента на 1 секунду, это даст внешнее представление о том, что кэш DNS на стороне клиента отключен.
Ник Карник, автор материала, перевод которого мы сегодня публикуем, предлагает поговорить о роли кэширования в производительности веб-приложений, рассмотрев средства кэширования разных уровней, начиная с самого низкого. Он обращает особое внимание на то, где именно могут быть кэшированы данные, а не на то, как это происходит.
Мы полагаем, что понимание особенностей систем кэширования, каждая из которых вносит определённый вклад в скорость реакции приложений на внешние воздействия, расширит кругозор веб-разработчика и поможет ему в деле создания быстрых и надёжных систем.
Процессорный кэш
Начнём наш разговор о кэшах с самого низкого уровня — с процессора. Кэш-память процессора — это очень быстрая память, которая играет роль буфера между процессором (CPU) и оперативной памятью (RAM). Кэш-память хранит данные и инструкции, к которым обращаются чаще всего, благодаря чему процессор может получать ко всему этому доступ практически мгновенно.
В процессорах имеется особая память, представленная регистрами процессора, которая обычно представляет собой небольшое хранилище информации, обеспечивающее крайне высокую скорость обмена данными. Регистры — это самая быстрая память, с которой может работать процессор, которая расположена максимально близко к остальным его механизмам и имеет небольшой объём. Иногда регистры называют кэшем нулевого уровня (L0 Cache, L — это сокращение от Layer).
У процессоров, кроме того, имеется доступ к ещё нескольким уровням кэш-памяти. Это — до четырёх уровней кэша, которые, соответственно, называются кэшами первого, второго, третьего, и четвёртого уровня (L0 — L4 Cache). То, к какому именно уровню относятся регистры процессора, в частности, будет ли это кэш нулевого или первого уровня, определяется архитектурой процессора и материнской платы. Кроме того, от архитектуры системы зависит то, где именно — на процессоре, или на материнской плате, физически расположена кэш-память разных уровней.
Структура памяти в некоторых новейших CPU
Кэш жёсткого диска
Жёсткие диски (HDD, Hard Disk Drive), применяемые для постоянного хранения данных — это, в сравнении с оперативной памятью, предназначенной для кратковременного хранения информации, устройства довольно медленные. Однако надо отметить, что скорость постоянных хранилищ информации увеличивается благодаря распространению твердотельных накопителей (SSD, Solid State Drive).
В системах долговременного хранения информации кэш диска (его ещё называют буфером диска или кэширующим буфером) — это встроенная в жёсткий диск память, которая играет роль буфера между процессором и физическим жёстким диском.
Кэш жёсткого диска
Дисковые кэши работают, исходя из предположения, что когда на диск что-то пишут, или с него что-то читают, есть вероятность того, что в ближайшем будущем к этим данным будут обращаться снова.
О быстродействии жёстких дисков и оперативной памяти
Разница между временным хранением данных в оперативной памяти и постоянным хранением на жёстком диске проявляется в скорости работы с информацией, в стоимости носителей и в близости их к процессору.
Время отклика оперативной памяти составляет десятки наносекунд, в то время как жёсткому диску нужны десятки миллисекунд. Разница в быстродействии дисков и памяти составляет шесть порядков!
Одна миллисекунда равна миллиону наносекунд
Простой веб-сервер
Теперь, когда мы обсудили роль кэширования в базовых механизмах компьютерных систем, рассмотрим пример, иллюстрирующий применение концепций кэширования при взаимодействии клиента, представленного веб-браузером, и сервера, который, реагируя на запросы клиента, отправляет ему некие данные. В самом начале у нас имеется простой веб-сервер, который, отвечая на запрос клиента, считывает данные с жёсткого диска. При этом представим, что между клиентом и сервером нет никаких особых систем кэширования. Вот как это выглядит.
Простой веб-сервер
При работе вышеописанной системы, когда клиент обращается напрямую к серверу, а тот, самостоятельно обрабатывая запрос, читает данные с жёсткого диска и отправляет клиенту, без кэша всё-таки не обходится, так как при работе с диском будет задействован его буфер.
При первом запросе жёсткий диск проверит кэш, в котором, в данном случае, ничего не будет, что приведёт к так называемому «промаху кэша». Затем данные считаются с самого диска и попадут в его кэш, что соответствует предположению, касающемуся того, что эти данные могут понадобиться снова.
При последующих запросах, направленных на получение тех же данных, поиск в кэше окажется успешным, это — так называемое «попадание кэша». Данные в ответ на запрос будут поступать из дискового буфера до тех пор, пока они не будут перезаписаны, что, при повторном обращении к тем же данным, приведёт к промаху кэша.
Кэширование баз данных
Усложним наш пример, добавим сюда базу данных. Запросы к базам данных могут быть медленными и требовать серьёзных системных ресурсов, так как серверу баз данных, для формирования ответа, нужно выполнять некие вычисления. Если запросы повторяются, кэширование их средствами базы данных поможет уменьшить время её отклика. Кроме того, кэширование полезно в ситуациях, когда несколько компьютеров работают с базой данных, выполняя одинаковые запросы.
Простой веб-сервер с базой данных
Большинство серверов баз данных по умолчанию настроены с учётом оптимальных параметров кэширования. Однако, существует множество настроек, которые могут быть модифицированы для того, чтобы подсистема баз данных лучше соответствовала особенностям конкретного приложения.
Ответы веб-сервера кэшируются в оперативной памяти. Кэш приложения может храниться либо локально, в памяти, либо на специальном кэширующем сервере, который использует базу данных, вроде Redis, которая хранит данные в оперативной памяти.
Мемоизация функций
Сейчас поговорим об оптимизации производительности серверного приложения за счёт мемоизации. Это — разновидность кэширования, применяемая для оптимизации работы с ресурсоёмкими функциями. Данная техника позволяет выполнять полный цикл вычислений для определённого набора входных данных лишь один раз, а при следующих обращениях к функции с теми же входными данными сразу выдавать найденный ранее результат. Мемоизация реализуется посредством так называемых «таблиц поиска» (lookup table), хранящих ключи и значения. Ключи соответствуют входным данным функции, значения — результатам, которые возвращает функция при передаче ей этих входных данных.
Мемоизация функции с помощью таблицы поиска
Мемоизация — это обычный приём, используемый для повышения производительности программ. Однако он может быть не особенно полезным при работе с ресурсоёмкими функциями, которые вызываются редко, или с функциями, которые, и без мемоизации, работают достаточно быстро.
Кэширование в браузере
Перед нами весьма полезная технология, которая даёт следующие преимущества всем участникам обмена данными:
- Улучшаются впечатления пользователя от работы с сайтом, так как ресурсы из локального кэша загружаются очень быстро. Во время получения ответа не входит время прохождения сигнала от клиента к серверу и обратно (RTT, Round Trip Time), так как запрос не уходит в сеть.
- Уменьшается нагрузка на серверное приложение и на другие серверные компоненты, ответственные за обработку запросов.
- Высвобождается некоторая часть сетевых ресурсов, которыми теперь могут воспользоваться другие пользователи интернета, экономятся средства на оплату трафика.
Кэширование в браузере
Кэширование и прокси-серверы
В компьютерных сетях прокси-серверы могут быть представлены специальным аппаратным обеспечением или соответствующими приложениями. Они играют роль посредников между клиентами и серверами, хранящими данные, которые этим клиентам требуются. Кэширование — это одна из задач, которую они решают. Рассмотрим различные виды прокси-серверов.
▍Шлюзы
Шлюз (gateway) — это прокси-сервер, который перенаправляет входящие запросы или исходящие ответы, не модифицируя их. Такие прокси-серверы ещё называют туннелирующими прокси (tunneling proxy), веб-прокси (web proxy), прокси (proxy), или прокси уровня приложения (application level proxy). Эти прокси-серверы обычно совместно используются, например, всеми клиентами, находящимися за одним и тем же файрволом, что делает их хорошо подходящими для кэширования запросов.
▍Прямые прокси-серверы
Прямой прокси-сервер (forward proxy, часто такие серверы называют просто proxy server) обычно устанавливается на стороне клиента. Веб-браузер, который настроен на использование прямого прокси-сервера, будет отправлять исходящие запросы этому серверу. Затем эти запросы будут перенаправлены на целевой сервер, расположенный в интернете. Одно из преимуществ прямых прокси заключаются в том, что они защищают данные клиента (однако, если говорить об обеспечении анонимности в интернете, безопаснее будет пользоваться VPN).
▍Веб-ускорители
Веб-ускоритель (web accelerator) — это прокси-сервер, который уменьшает время доступа к сайту. Он делает это, заранее запрашивая у сервера документы, которые, вероятнее всего, понадобятся клиентам в ближайшем будущем. Подобные серверы, кроме того, могут сжимать документы, ускорять выполнение операций шифрования, уменьшать качество и размер изображений, и так далее.
▍Обратные прокси-серверы
Обратный прокси-сервер (reverse proxy) — это обычно сервер, расположенный там же, где и веб-сервер, с которым он взаимодействует. Обратные прокси-серверы предназначены для предотвращения прямого доступа к серверам, расположенным в частных сетях. Обратные прокси используются для балансировки нагрузки между несколькими внутренними серверами, предоставляют возможности SSL-аутентификации или кэширования запросов. Такие прокси выполняют кэширование на стороне сервера, они помогают основным серверам в обработке большого количества запросов.
▍Пограничное кэширование
Обратные прокси-серверы расположены близко к серверам. Существует и технология, при использовании которой кэширующие серверы располагаются как можно ближе к потребителям данных. Это — так называемое пограничное кэширование (edge caching), представленное сетями доставки контента (CDN, Content Delivery Network). Например, если вы посещаете популярный веб-сайт и загружаете какие-нибудь статические данные, они попадают в кэш. Каждый следующий пользователь, запросивший те же данные, получит их, до истечения срока их кэширования, с кэширующего сервера. Эти серверы, определяя актуальность информации, ориентируются на серверы, хранящие исходные данные.
Прокси-серверы в инфраструктуре обмена данными между клиентом и сервером
Итоги
В этом материале мы рассмотрели различные уровни кэширования данных, применяющиеся в процессе обмена информацией между клиентом и сервером. Веб-приложения не могут мгновенно реагировать на воздействия пользователя, что, в частности, связано, для действий, требующих обмена данными с серверами этих приложений, с необходимостью выполнения неких вычислений перед отправкой ответа. Во время, необходимое для передачи данных от сервера клиенту, входит и время, необходимое для поиска необходимых данных на диске, и сетевые задержки, и обработка очередей запросов, и механизмы регулирования полосы пропускания сетей, и многое другое. Если учесть, что всё это может происходить на множестве компьютеров, находящихся между клиентом и сервером, то можно говорить о том, что все эти задержки способны серьёзно увеличить время, необходимое для прихода запроса на сервер и получения клиентом ответа.
Правильно настроенная система кэширования способна значительно улучшить общую производительность сервера. Кэши сокращают задержки, неизбежно возникающие при передаче данных по сети, помогают экономить сетевой трафик, и, в результате, уменьшают время, необходимое для того, чтобы браузер вывел запрошенную у сервера веб-страницу.
Цель кэша DNS
Интернет использует систему доменных имен (DNS) для поддержания индекса всех общедоступных веб-сайтов и их соответствующих IP-адресов . Вы можете думать об этом как о телефонной книге.
С телефонной книгой нам не нужно запоминать номер телефона каждого человека, и это единственный способ общения с телефоном: с номером. Таким же образом используется DNS, поэтому мы можем избежать необходимости запоминать IP-адрес каждого веб-сайта, что является единственным способом взаимодействия сетевого оборудования с веб-сайтами.
Это то, что происходит за занавеской, когда вы просите свой веб-браузер загружать веб-сайт.
Это происходит для каждого веб-сайта, который вы хотите посетить. Каждый раз, когда пользователь посещает веб-сайт по имени своего хоста, веб-браузер инициирует запрос в Интернет, но этот запрос не может быть завершен до тех пор, пока имя сайта не будет «преобразовано» в IP-адрес.
Проблема заключается в том, что даже если для обеспечения ускорения процесса конверсии/разрешения существует множество публичных DNS-серверов, которые могут использовать вашу сеть, еще быстрее получить локальную копию «телефонной книги», в которую входят тайники DNS играть.
Кэш DNS пытается ускорить процесс еще больше, обработав разрешение имен недавно посещенных адресов до того, как запрос будет отправлен в Интернет.
Примечание. На каждой иерархии процесса «поиска» на самом деле есть DNS-кеши, которые в конечном итоге заставляют ваш компьютер загружать веб-сайт. Компьютер достигает вашего маршрутизатора, который связывается с вашим интернет-провайдером , который может нанести ущерб другому интернет-провайдеру, прежде чем он завершится на том, что называется «корневыми DNS-серверами». Каждая из этих точек процесса имеет кэш DNS по той же причине, что и ускоряет процесс разрешения имен.
Как работает кеш DNS
Прежде чем браузер выдает свои запросы во внешнюю сеть, компьютер перехватывает каждый из них и ищет доменное имя в базе данных кеша DNS. База данных содержит список всех недавно полученных доменных имен и адресов, которые DNS рассчитывал для них при первом запросе.
Содержимое локального кеша DNS можно просмотреть в Windows с помощью команды ipconfig /displaydns , с результатами, подобными этому:
Что такое отравление кэша DNS?
Кэш DNS становится отравленным или загрязненным, когда в него вставлены неавторизованные доменные имена или IP-адреса.
Иногда кеш может быть поврежден из-за технических сбоев или административных аварий, но отравление кеша DNS обычно связано с компьютерными вирусами или другими сетевыми атаками, которые вставляют неверные записи DNS в кеш.
Отравление заставляет запросы клиентов перенаправляться в неправильные адресаты, как правило, вредоносные веб-сайты или страницы с рекламными объявлениями.
Очистка DNS: как её выполнить и что она делает
При устранении неполадок кеша или других проблем с подключением к Интернету администратор компьютера может захотеть сбросить (то есть очистить, сбросить или стереть) кеш DNS.
Поскольку очистка кэша DNS удаляет все записи, он также удаляет все недопустимые записи и заставляет ваш компьютер повторно заполнять эти адреса при следующем попытке доступа к этим веб-сайтам. Эти новые адреса берутся с DNS-сервера, который настроен вашей сетью.
У маршрутизатора также может быть кеш DNS, поэтому перезагрузка маршрутизатора часто является этапом устранения неполадок. По той же причине вы можете очистить кеш DNS на своем компьютере, вы можете перезагрузить маршрутизатор, чтобы очистить записи DNS, хранящиеся во временной памяти.
В сфере вычислительной обработки данных кэш – это высокоскоростной уровень хранения, на котором требуемый набор данных, как правило, временного характера. Доступ к данным на этом уровне осуществляется значительно быстрее, чем к основному месту их хранения. С помощью кэширования становится возможным эффективное повторное использование ранее полученных или вычисленных данных.
Как работает кэширование?
Данные в кэше обычно хранятся на устройстве с быстрым доступом, таком как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), и могут использоваться совместно с программными компонентами. Основная функция кэша – ускорение процесса извлечения данных. Он избавляет от необходимости обращаться к менее скоростному базовому уровню хранения.
Небольшой объем памяти кэша компенсируется высокой скоростью доступа. В кэше обычно хранится только требуемый набор данных, причем временно, в отличие от баз данных, где данные обычно хранятся полностью и постоянно.
Начните работу с кэшированием: ускорьте рабочие нагрузки вашего приложенияОбзор кэширования
ОЗУ и работающие в памяти сервисы. Поскольку ОЗУ и работающие в памяти сервисы обеспечивают высокие показатели скорости обработки запросов, или IOPS (количество операций ввода-вывода в секунду), кэширование повышает скорость извлечения данных и сокращает расходы при работе в больших масштабах. Чтобы обеспечить аналогичный масштаб работы с помощью традиционных баз данных и оборудования на базе жестких дисков, требуются дополнительные ресурсы. Использование этих ресурсов приводит к повышению расходов, но все равно не позволяет достигнуть такой низкой задержки, какую обеспечивает кэш в памяти.
Шаблоны проектирования. В среде распределенных вычислений выделенный уровень кэширования позволяет системам и приложениям работать независимо от кэша. При этом их жизненные циклы не влияют на кэш. Кэш служит центральным уровнем, к которому могут обращаться различные несвязанные между собой системы. Он имеет собственный жизненный цикл и архитектурную топологию. Это особенно важно для систем, в которых узлы приложений можно динамически масштабировать в обе стороны. Если кэш находится на том же узле, что и приложение или системы, которые им пользуются, масштабирование может разрушить целостность кэша. Кроме того, если используются локальные кэши, это дает преимущества только локальным приложениям, которые пользуются данными. В распределенной среде кэша данные могут охватывать множество серверов кэширования и находиться в центральном расположении, удобном для всех потребителей данных.
Рекомендации по кэшированию. При реализации уровня кэша необходимо принимать во внимание достоверность кэшируемых данных. Эффективный кэш обеспечивает высокую частоту попаданий, то есть наличия в кэше запрашиваемых данных. Промах кэша происходит, когда запрашиваемых данных в кэше нет. Для удаления из кэша неактуальных данных применяются такие механизмы, как TTL (время жизни). Следует также понимать, требуется ли для среды кэширования высокая доступность. Если она необходима, можно использовать сервисы в памяти, такие как Redis. В ряде случаев уровень в памяти можно использовать как отдельный уровень хранения данных, в отличие от кэширования из основного хранилища. Чтобы решить, подходит ли такой вариант, необходимо определить для данных в сервисе в памяти соответствующие значения RTO (требуемое время восстановления, то есть сколько времени требуется системе на восстановление после сбоя) и RPO (требуемая точка восстановления, то есть последняя восстанавливаемая точка или транзакция). Для соответствия большинству требований RTO и RPO можно применять характеристики и проектные стратегии разных сервисов в памяти.
Ускорение получения веб-контента от веб-сайтов (браузеры или устройства)
Кэширование с помощью Amazon ElastiCache
Веб-сервис Amazon ElastiCache упрощает развертывание, эксплуатацию и масштабирование в облаке хранилища или кэша в памяти. Сервис повышает производительность интернет-приложений, позволяя получать информацию из быстрых управляемых хранилищ данных, размещенных в памяти, а не только из баз данных, размещенных на дисках и работающих не так быстро. Информацию о том, как реализовать эффективную стратегию кэширования, см. в этом техническом описании по кэшированию в памяти.
Преимущества кэширования
Повышение производительности приложений
Поскольку память работает в разы быстрее диска (магнитного или SSD), чтение данных из кэша в памяти производится крайне быстро (за доли миллисекунды). Это значительно ускоряет доступ к данным и повышает общую производительность приложения.
Сокращение затрат на базы данных
Один инстанс кэша может обрабатывать тысячи операций ввода-вывода в секунду, потенциально заменяя несколько инстансов базы данных, что в результате дает снижение общих затрат. Это особенно важно, если плата взимается за пропускную способность базы данных. В таких случаях можно снизить затраты на десятки процентов.
Снижение нагрузки на серверную часть
Благодаря освобождению серверной базы данных от значительной части нагрузки на чтение, которая направляется на уровень памяти, кэширование может сократить нагрузку на базу данных и защитить ее от снижения производительности под нагрузкой и даже от сбоев при пиковых нагрузках.
Прогнозируемая производительность
Общей проблемой современных приложений является обработка пиков в использовании приложений. Примерами могут служить социальные сети во время Суперкубка или в день выборов, веб-сайты электронной коммерции в Черную пятницу и т. д. Повышенная нагрузка на базу данных приводит к повышению задержек при получении данных, и общая производительность приложения становится непредсказуемой. Эту проблему можно решить благодаря использованию кэша в памяти с высокой пропускной способностью.
Устранение проблемных мест в базах данных
Во многих приложениях небольшое подмножество данных, например профиль знаменитости или популярный продукт, может оказаться намного более востребованным, чем остальные данные. Это приводит к появлению проблемных мест в базе данных и требует избыточного выделения ее ресурсов, чтобы удовлетворить спрос на пропускную способность, которой достаточно для получения наиболее часто используемых данных. За счет хранения общих ключей в кэше в памяти можно избавиться от необходимости избыточного выделения ресурсов и обеспечить быструю и предсказуемую работу системы при обращении к самым востребованным данным.
Повышение пропускной способности операций чтения (количество операций ввода-вывода в секунду)
Помимо сокращения задержек, системы в памяти обеспечивают намного более высокую скорость выполнения запросов (количество операций ввода-вывода в секунду) по сравнению с базами данных на диске. Один инстанс, который используется как распределенный дополнительный кэш, может обслуживать сотни тысяч запросов в секунду.
Читайте также: