La mémoire cache, aussi appelée antémémoire, est un composant matériel ou logiciel utilisé pour stocker temporairement des données dans un environnement informatique. Il s’agit d’une mémoire plus rapide qui améliore les performances d’accès aux données récemment ou fréquemment utilisées. Les données en cache sont stockées provisoirement sur un support de stockage accessible localement par le client et distinct de la mémoire principale. La mémoire cache est couramment utilisée par l’unité centrale de traitement (CPU), les applications, les navigateurs Web et les systèmes d’exploitation.
La mémoire cache est nécessaire car la mémoire principale, de plus grande capacité, ne peut pas répondre à la demande des utilisateurs. Le cache réduit le temps d’accès aux données, diminue la latence et améliore les entrées/sorties (E/S). Puisque la plupart des tâches des applications dépendent des opérations d’E/S, la mise en cache améliore les performances des applications.
Lorsqu’un client tente d’accéder à des données, il vérifie d’abord la mémoire cache. Si les données s’y trouvent, on parle de cache hit (accès au cache). Le pourcentage de tentatives qui aboutissent à un accès au cache est appelé taux de réussite du cache.
Si les données demandées ne se trouvent pas dans le cache, on parle de cache miss (échec du cache). Elles sont alors récupérées de la mémoire principale et copiées dans le cache. Les données qui sont expulsées du cache pour faire place aux nouvelles dépendent de l’algorithme de cache, du protocole de cache et du système utilisé.
Les navigateurs Web comme Safari, Firefox et Chrome utilisent un cache pour améliorer les performances des sites Web fréquemment visités. Lorsqu’un utilisateur accède à un site Web, les fichiers requis sont stockés dans le cache du navigateur sur l’ordinateur de l’utilisateur.
Pour récupérer une page déjà visitée, le navigateur obtient la plupart des fichiers nécessaires du cache plutôt que du serveur Web. Cette approche est appelée lecture du cache. Le navigateur client peut lire les données du cache plus rapidement qu’il ne peut les relire à partir du site Web.
La mémoire cache est importante pour plusieurs raisons :
- L’utilisation du cache réduit la latence pour les données actives. Cela augmente les performances d’un système ou d’une application.
- La redirection des E/S vers le cache réduit les opérations d’E/S sur la mémoire externe et diminue la charge sur le stockage.
- Les données peuvent persister dans les baies de stockage traditionnelles ou le stockage externe. Cela maintient la cohérence et l’intégrité des données en utilisant des fonctionnalités telles que les instantanés stockés en mémoire.
- La mémoire flash, utilisée pour une partie du travail, bénéficie d’une latence plus faible. Cela permet d’optimiser l’utilisation des coûts de stockage.
La mémoire cache est intégrée au processeur ou sur la carte mère. Dans les nouveaux appareils, la seule façon d’augmenter la mémoire cache est de mettre à jour la carte mère et le processeur vers la dernière génération. Les cartes mères plus anciennes peuvent avoir des emplacements vides qui peuvent être utilisés pour augmenter la mémoire cache.
La mémoire cache est utilisée pour stocker des fichiers temporaires, en utilisant des composants matériels et logiciels. Un exemple de cache matériel est le cache du processeur. Il s’agit d’une petite section de mémoire sur le processeur de l’ordinateur utilisée pour stocker les instructions récemment ou fréquemment utilisées.
De nombreuses applications et logiciels ont également leur propre mémoire cache. Ce type de cache stocke temporairement les données, les fichiers ou les instructions liés à l’application pour une récupération rapide.
Les navigateurs Web sont un excellent exemple de cache d’application. Comme mentionné précédemment, les navigateurs ont leur propre cache pour stocker les informations des sessions de navigation précédentes afin de les utiliser dans les sessions futures. Les utilisateurs qui souhaitent revoir une vidéo YouTube peuvent la charger plus rapidement car le navigateur y accède à partir du cache où elle a été stockée lors de la session précédente.
De nombreux autres systèmes utilisent la mémoire cache, notamment :
- Les systèmes d’exploitation, où les instructions et les fichiers fréquemment utilisés sont stockés;
- Les réseaux de diffusion de contenu, où les informations sont stockées côté serveur pour une diffusion plus rapide des sites Web;
- Les systèmes de noms de domaine, où ils peuvent être utilisés pour stocker les informations utilisées pour traduire les noms de domaine en adresses IP; et
- Les bases de données, où ils peuvent réduire la latence des requêtes.
Il y a plusieurs avantages à la mise en cache, notamment :
- Performance : Stocker les données en cache permet à l’ordinateur de fonctionner plus rapidement. Par exemple, le cache du navigateur qui stocke les fichiers des sessions de navigation précédentes accélérera l’accès aux sessions suivantes. Le cache de la base de données accélère la récupération des données qui prendraient autrement beaucoup de temps et de ressources à télécharger.
- Travail hors ligne : La mise en cache permet également aux applications de fonctionner sans connexion Internet. Le cache de l’application permet un accès rapide aux données récemment ou fréquemment utilisées. Cependant, le cache peut ne pas fournir l’accès à toutes les fonctionnalités de l’application.
- Efficacité des ressources : Outre la vitesse et la flexibilité, la mise en cache aide les appareils physiques à préserver les ressources. Par exemple, l’accès rapide au cache économise la batterie.
La mémoire cache a également des inconvénients, tels que :
- Corruption des données : Le cache peut être corrompu et rendre les données stockées inutilisables. La corruption des données peut entraîner le plantage d’applications comme les navigateurs ou l’affichage de données incorrectes.
- Performance : Les caches sont généralement de petits espaces de stockage temporaire. S’ils sont trop grands, ils peuvent entraîner une baisse des performances. Ils peuvent également consommer de la mémoire dont d’autres applications pourraient avoir besoin, ce qui a un impact négatif sur les performances des applications.
- Informations obsolètes : Parfois, le cache de l’application affiche des informations anciennes ou obsolètes. Cela peut entraîner des dysfonctionnements de l’application ou renvoyer des informations trompeuses. Si un site Web ou une application est mis à jour sur Internet, l’utilisation de la version mise en cache de la session précédente ne reflétera pas la mise à jour. Ce n’est pas un problème pour le contenu statique, mais c’est un problème pour le contenu dynamique qui change au cours d’une session ou entre les sessions.
