ذاكرة التخزين المؤقت، أو ما يُعرف بالكاش (Cache)، هي جزء من عتاد أو برنامج الحاسوب يُستخدم لتخزين البيانات مؤقتًا. الكاش عبارة عن مساحة تخزين سريعة تُستخدم لتحسين أداء الوصول إلى البيانات التي تم استخدامها مؤخرًا أو بشكل متكرر. يتم تخزين البيانات في الكاش بشكل مؤقت في وسيلة تخزين يمكن الوصول إليها محليًا بواسطة الجهاز، وهي منفصلة عن ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). غالبًا ما يستخدم الكاش بواسطة وحدة المعالجة المركزية (CPU) والتطبيقات ومتصفحات الويب وأنظمة التشغيل.
يتم استخدام ذاكرة التخزين المؤقت لأن سعة التخزين الكبيرة أو ذاكرة الوصول العشوائي لا تستطيع مواكبة احتياجات المستخدم. يُقلل الكاش من وقت الوصول إلى البيانات، ويُحسّن من زمن الاستجابة، ويُحسّن من عمليات الإدخال/الإخراج (I/O). نظرًا لأن معظم مهام التطبيقات تعتمد على عمليات الإدخال/الإخراج، فإن تخزين البيانات في الكاش يُحسّن من أداء التطبيقات.
عندما يحاول جهاز الوصول إلى بيانات، فإنه يتحقق أولاً من ذاكرة التخزين المؤقت. إذا تم العثور على البيانات هناك، يُطلق على ذلك اسم “إصابة الكاش”. تُعرف نسبة محاولات الوصول التي تؤدي إلى إصابة الكاش باسم “نسبة إصابة الكاش”.
إذا لم يتم العثور على البيانات المطلوبة في الكاش – ويُطلق على ذلك اسم “خطأ الكاش” – فسيتم استردادها من ذاكرة الوصول العشوائي ونسخها إلى الكاش. تعتمد البيانات التي يتم إخراجها من الكاش لإفساح المجال للبيانات الجديدة على خوارزمية الكاش وبروتوكول الكاش والنظام المستخدم.
تستخدم متصفحات الويب مثل Safari و Firefox و Chrome ذاكرة التخزين المؤقت لتحسين أداء مواقع الويب التي يتم زيارتها بشكل متكرر. عندما يزور المستخدم موقع ويب، يتم تخزين الملفات المطلوبة في ذاكرة التخزين المؤقت لذلك المتصفح في ذاكرة حاسوب المستخدم.
لاستعادة صفحة تمت زيارتها سابقًا، يحصل المتصفح على معظم الملفات اللازمة من ذاكرة التخزين المؤقت بدلاً من الوصول إلى خادم الويب. تُعرف هذه الطريقة باسم “قراءة الكاش”. يمكن لمتصفح العميل قراءة البيانات من الكاش بشكل أسرع مما يمكنه قراءة الملفات من موقع الويب مرة أخرى.
تُعد ذاكرة التخزين المؤقت مهمة لعدة أسباب:
- يُقلل استخدام الكاش من زمن الوصول إلى البيانات النشطة. هذا يزيد من أداء النظام أو التطبيق.
- تحويل عمليات الإدخال/الإخراج إلى الكاش، مما يُقلل من عمليات الإدخال/الإخراج إلى وحدة التخزين الرئيسية، ويُقلل من الحمل على مصفوفة التخزين.
- يمكن أن تظل البيانات موجودة بشكل دائم في مصفوفات التخزين التقليدية أو التخزين الخارجي. هذا يحافظ على اتساق البيانات وسلامتها باستخدام ميزات مثل اللقطات المخزنة في الذاكرة.
- ستستفيد ذاكرة الفلاش، المُستخدمة لجزء من العمل، من زمن الوصول المنخفض. مما يساعد على استخدام تكاليف التخزين بكفاءة.
تكون ذاكرة التخزين المؤقت مُدمجة في وحدة المعالجة المركزية أو مُدمجة في شريحة على اللوحة الأم. في الأجهزة الجديدة، الطريقة الوحيدة لزيادة ذاكرة التخزين المؤقت هي ترقية اللوحة الأم ووحدة المعالجة المركزية إلى أحدث جيل. قد تحتوي اللوحات الأم القديمة على فتحات فارغة يمكن استخدامها لزيادة ذاكرة التخزين المؤقت.
تُستخدم ذاكرة التخزين المؤقت لتخزين الملفات المؤقتة، باستخدام مكونات عتادية وبرمجية. مثال على ذاكرة التخزين المؤقت العتادية هو ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية. وهي عبارة عن جزء صغير من الذاكرة على معالج الحاسوب يُستخدم لتخزين أوامر الحاسوب الأساسية التي تم استخدامها مؤخرًا أو التي يتم استخدامها بشكل متكرر.
العديد من التطبيقات والبرامج لديها أيضًا ذاكرة تخزين مؤقت خاصة بها. يقوم هذا النوع من ذاكرة التخزين المؤقت بتخزين البيانات أو الملفات أو التعليمات المتعلقة بالتطبيق مؤقتًا لاسترجاعها بسرعة.
متصفح الويب هو مثال نموذجي لذاكرة التخزين المؤقت للتطبيق. كما ذكرنا سابقًا، تحتوي المتصفحات على ذاكرة تخزين مؤقت خاصة بها لتخزين المعلومات من جلسات تصفح الويب السابقة لاستخدامها في الجلسات المستقبلية. يمكن للمستخدمين الذين يرغبون في إعادة مشاهدة فيديو YouTube تحميل هذا الفيديو بشكل أسرع لأن المتصفح يصل إلى هذا الفيديو من ذاكرة التخزين المؤقت حيث تم حفظ الفيديو من الجلسة السابقة.
العديد من الأنظمة الأخرى تستخدم ذاكرة التخزين المؤقت، بما في ذلك:
- أنظمة التشغيل، حيث يتم تخزين التعليمات والملفات المستخدمة بشكل متكرر؛
- شبكات توزيع المحتوى، حيث يتم تخزين المعلومات في جانب الخادم لتقديم مواقع الويب بشكل أسرع؛
- نظام أسماء النطاقات، حيث يمكن استخدامها لتخزين المعلومات المستخدمة لتحويل أسماء النطاقات إلى عناوين بروتوكول الإنترنت؛ و
- قواعد البيانات، حيث يمكنها تقليل زمن الوصول في استعلامات قاعدة البيانات.
هناك عدد من فوائد ذاكرة التخزين المؤقت، بما في ذلك الفوائد التالية:
- الأداء: يؤدي تخزين البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت إلى تمكين الحاسوب من العمل بشكل أسرع. على سبيل المثال، ستؤدي ذاكرة التخزين المؤقت للمتصفح التي تخزن الملفات من جلسات تصفح الويب السابقة إلى تسريع الوصول في الجلسات اللاحقة. تُسرّع ذاكرة التخزين المؤقت لقاعدة البيانات استرداد البيانات التي قد تستغرق وقتًا وموارد كثيرة للتنزيل.
- العمل دون اتصال بالإنترنت: تُمكّن ذاكرة التخزين المؤقت أيضًا التطبيقات من العمل دون اتصال بالإنترنت. توفر ذاكرة التخزين المؤقت للتطبيق وصولاً سريعًا إلى البيانات التي تم الوصول إليها مؤخرًا أو التي يتم استخدامها بشكل متكرر. ومع ذلك، قد لا توفر ذاكرة التخزين المؤقت وصولاً إلى جميع وظائف التطبيق.
- كفاءة الموارد: إلى جانب السرعة والمرونة، تُساعد ذاكرة التخزين المؤقت الأجهزة المادية على الحفاظ على الموارد. على سبيل المثال، يوفر الوصول السريع إلى ذاكرة التخزين المؤقت طاقة البطارية.
هناك أيضًا بعض عيوب ذاكرة التخزين المؤقت، مثل:
- تلف البيانات: قد تتعرض ذاكرة التخزين المؤقت للتلف، مما يجعل البيانات المخزنة غير قابلة للاستخدام. قد يتسبب تلف البيانات في تعطل التطبيقات مثل المتصفحات أو عرض بيانات غير صحيحة.
- الأداء: غالبًا ما تكون ذاكرة التخزين المؤقت عبارة عن مخزن صغير للذاكرة المؤقتة. إذا كانت كبيرة جدًا، فقد تتسبب في انخفاض الأداء. قد تستهلك أيضًا ذاكرة قد تحتاجها تطبيقات أخرى، مما يؤثر سليباً على أداء التطبيق.
- معلومات قديمة: تعرض ذاكرة التخزين المؤقت للتطبيق أحيانًا معلومات قديمة أو خاطئة. قد يتسبب ذلك في حدوث خلل في التطبيق أو إرجاع معلومات مضللة. إذا تم تحديث موقع ويب أو تطبيق على الإنترنت، فإن استخدام الإصدار المخزن في ذاكرة التخزين المؤقت من الجلسة السابقة لن يعكس التحديث. هذه ليست مشكلة بالنسبة للمحتوى الثابت ولكنها مشكلة بالنسبة للمحتوى الديناميكي الذي يتغير حسب الجلسة أو بين الجلسات.