Cachegeheugen, ook wel bekend als een cache, is hardware of software die wordt gebruikt om (gegevens) tijdelijk op te slaan in een computeromgeving. Een cache is een hoeveelheid sneller geheugen die wordt gebruikt om de prestaties van recent of vaak gebruikte gegevens te verbeteren. Gegevens die in de cache worden opgeslagen, worden tijdelijk bewaard in een opslagmedium dat lokaal toegankelijk is voor de client en gescheiden is van het hoofdgeheugen. Cache wordt vaak gebruikt door de centrale verwerkingseenheid (CPU), applicaties, webbrowsers en besturingssystemen.
Cachegeheugen wordt gebruikt omdat grote of hoofdgeheugens de vraag van gebruikers niet kunnen bijbenen. Cache vermindert de toegangstijd tot gegevens, vermindert latentie en verbetert input/output (I/O). Omdat vrijwel alle workload van applicaties afhankelijk is van I/O-bewerkingen, verbetert caching de prestaties van applicaties.
Wanneer een cacheclient probeert toegang te krijgen tot gegevens, controleert deze eerst de cache. Als de gegevens daar worden gevonden, wordt dit een cachehit genoemd. Het percentage pogingen dat resulteert in een cachehit wordt de cachehitratio genoemd.
Gegevens die niet in de cache worden gevonden – een zogenaamde cachemiss – worden opgehaald uit het hoofdgeheugen en naar de cache gekopieerd. Welke gegevens uit de cache worden verwijderd om plaats te maken voor nieuwe gegevens, hangt af van het caching-algoritme, het caching-protocol en het systeem dat wordt gebruikt.
Webbrowsers zoals Safari, Firefox en Chrome gebruiken browsercaching om de prestaties van vaak bezochte websites te verbeteren. Wanneer een gebruiker een website bezoekt, worden de opgevraagde bestanden opgeslagen in de cache voor die browser in het computergeheugen van de gebruiker.
Om een eerder bezochte pagina op te halen, haalt de browser de meeste benodigde bestanden uit de cache in plaats van ze opnieuw van de webserver op te halen. Deze aanpak wordt cache lezen genoemd. De browserclient kan gegevens sneller uit de cache lezen dan dat de bestanden opnieuw van de website kunnen worden gelezen.
Cachegeheugen is om verschillende redenen belangrijk:
- Het gebruik van cache vermindert de latentie voor actieve gegevens. Dit verhoogt de prestaties van een systeem of applicatie.
- I/O wordt omgeleid naar de cache, waardoor I/O-activiteiten naar externe opslag worden verminderd en de belasting van de opslagarray wordt verlaagd.
- Gegevens kunnen persistent blijven in traditionele opslagarrays of externe opslag. Dit handhaaft de consistentie en integriteit van gegevens met behulp van functies, zoals snapshots die in het geheugen worden bewaard.
- Flash, dat voor een deel van de workload wordt gebruikt, profiteert van lagere latentie. Dit helpt om opslagkosten efficiënt te gebruiken.
Cachegeheugen is ingebouwd in de CPU of ingebed in een chip op het moederbord. In nieuwe apparaten is de enige manier om het cachegeheugen te vergroten, het moederbord en de CPU te upgraden naar de nieuwste generatie. Oudere moederborden hebben mogelijk lege slots die kunnen worden gebruikt om het cachegeheugen te vergroten.
Cachegeheugen wordt gebruikt om tijdelijke bestanden op te slaan, met behulp van hardware- en softwarecomponenten. Een voorbeeld van een hardwarecache is de CPU-cache. Dit is een klein stukje geheugen op de processor van een computer dat wordt gebruikt om recent of vaak gebruikte basiscomputerinstructies op te slaan.
Veel applicaties en software hebben ook hun eigen cache. Dit type cache slaat tijdelijk gegevens, bestanden of instructies op die betrekking hebben op de applicatie voor snelle toegang.
Een webbrowser is een typisch voorbeeld van applicatiecaching. Zoals eerder vermeld, hebben browsers hun eigen cache om informatie van eerdere websessies op te slaan voor gebruik in toekomstige sessies. Gebruikers die een YouTube-video opnieuw willen bekijken, kunnen deze sneller laden omdat de browser de video ophaalt uit de cache waar de video is opgeslagen van de vorige sessie.
Veel andere systemen gebruiken caching, waaronder:
- Besturingssystemen, waar vaak gebruikte instructies en bestanden worden opgeslagen;
- Content Delivery Networks, waar informatie aan de serverzijde wordt opgeslagen om websites sneller te leveren;
- Domain Name Systems, waar ze kunnen worden gebruikt om informatie op te slaan die wordt gebruikt om domeinnamen om te zetten in Internet Protocol-adressen; en
- Databases, waar ze de latentie in databasequery’s kunnen verminderen.
Er zijn een aantal voordelen van caching, waaronder de volgende:
- Prestaties: Het opslaan van gegevens in de cache zorgt ervoor dat computers sneller kunnen werken. De browsercache die bestanden van eerdere websessies opslaat, versnelt bijvoorbeeld de toegang in volgende sessies. Databasecaching versnelt het ophalen van gegevens die anders veel tijd en resources zouden kosten om te downloaden.
- Offline werken: Caching stelt applicaties ook in staat om te functioneren zonder internetverbinding. Applicatiecaching biedt snelle toegang tot recent of vaak gebruikte gegevens. De cache biedt echter mogelijk geen toegang tot alle functionaliteit van de applicatie.
- Efficiënter gebruik van resources: Naast snelheid en flexibiliteit helpt caching fysieke apparaten om resources te sparen. Snelle toegang tot de cache bespaart bijvoorbeeld batterijvermogen.
Caching heeft ook nadelen, zoals:
- Gegevensbeschadiging: De cache kan beschadigd raken, waardoor opgeslagen gegevens onbruikbaar worden. Gegevensbeschadiging kan ertoe leiden dat applicaties zoals browsers crashen of onjuiste gegevens weergeven.
- Prestaties: Caches zijn vaak kleine opslagplaatsen van tijdelijk geheugen. Als ze te groot zijn, kunnen ze de prestaties verminderen. Ze kunnen ook geheugen verbruiken dat andere applicaties nodig hebben, wat de prestaties van de applicatie negatief beïnvloedt.
- Verouderde informatie: Soms geeft de applicatiecache oude of verouderde informatie weer. Dit kan ertoe leiden dat de applicatie storingen vertoont of misleidende informatie retourneert. Als een website of applicatie op internet wordt bijgewerkt, zal het gebruik van de versie die in de cache is opgeslagen van de vorige sessie de update niet weerspiegelen. Dit is geen probleem voor statische inhoud, maar wel voor dynamische inhoud die per sessie of tussen sessies verandert.
