Hierarquia de Memória
A hierarquia de memória é um conceito fundamental em sistemas de banco de dados que organiza diferentes níveis de armazenamento baseados em velocidade, custo e capacidade.
Níveis de Hierarquia
1. Memória Primária
Registradores
Velocidade: < 1ns
Capacidade: KB
Volatilidade: Sim
Custo: Muito Alto
Cache
L1/L2/L3
Latência: 1-10ns
Capacidade: MB
Política de substituição
2. Memória Principal
RAM
Acesso direto
Latência: ~100ns
Capacidade: GB
Gerenciamento dinâmico
Memória Virtual
Paginação
Swapping
Page tables
TLB (Translation Lookaside Buffer)
3. Armazenamento Secundário
SSD
Flash storage
Latência: µs
Wear leveling
TRIM support
HDD
Discos magnéticos
Latência: ms
Fragmentação
Seek time
Estratégias de Gerenciamento
1. Políticas de Cache
LRU (Least Recently Used)
MRU (Most Recently Used)
CLOCK
ARC (Adaptive Replacement Cache)
2. Buffer Management
Políticas de Substituição
Page replacement
Dirty page handling
Prefetching
Write-back/Write-through
Otimizações
Sequential prefetch
Random prefetch
Buffer pool partitioning
Multiple buffer pools
Otimização de Performance
1. Técnicas de Otimização
Locality of Reference
Temporal locality
Spatial locality
Sequential access
Random access
2. Monitoramento e Tuning
Métricas Chave
Hit ratio
Miss ratio
Response time
Throughput
Ferramentas
Performance counters
Memory profilers
I/O statistics
Cache analytics
Considerações Práticas
1. Design Considerations
Workload Analysis
Read/write patterns
Access frequency
Data volume
Concurrency requirements
2. Implementation Guidelines
Best Practices
Memory alignment
Cache-conscious data structures
Memory barriers
NUMA awareness
Common Pitfalls
Cache thrashing
Memory leaks
False sharing
Fragmentation
Tendências e Inovações
1. Emerging Technologies
Persistent Memory
NVDIMM
Intel Optane
Storage Class Memory
New Architectures
In-memory databases
Hybrid memory systems
Disaggregated memory