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Cache Definition & Begriffserklärung

CacheMit dem Begriff Cache wird eine spezielle Methode bezeichnet, mit der Inhalte, die schon zuvor mindestens einmal vorgelegen haben, beim nächsten Zugriff darauf möglichst schnell zur Verfügung stehen. Auch Daten, die wahrscheinlich bald benötigt werden, können schon vorher von einem vergleichsweise langsamen Hintergrundmedium (zum Beispiel einer Festplatte) geladen werden, um dann schneller bereitgestellt werden zu können. Der Cache-Speicher ist also eine Art Puffer-Speicher, in dem Kopien zwischengespeichert werden.

Cache-Speicher lassen sich sowohl als Hardware- als auch in Form einer Softwarestruktur darstellen. Wörtlich übersetzt bedeutet der aus dem Englischen stammende Name so viel wie „geheimes Lager“. Damit wird die Tatsache beschrieben, dass der Cache in der Regel im Verborgenen arbeitet. Wird nur das Hintergrundmedium, zum Beispiel also die Festplatte, verwendet, muss der Nutzer weder die Größe noch die Funktionsweise des Caches kennen, da dieser nicht direkt angesprochen wird.

Besonderheiten beim Zugriff durch mehrere Geräte

Für den Fall, dass außer dem eigentlichen Cache-verwendenden Gerät noch weitere Geräte auf das gleiche Hintergrundmedium zugreifen, kann es zu Inkohärenzen kommen, da der Cache lediglich eine von dort gespiegelte Ressource ist. Dies ist etwa der Fall, wenn verschiedene Nutzer über ein spezielles System an einer Webseite arbeiten und dazu auf den gleichen Server zugreifen.

Damit alle Geräte auf ein identisches Datenabbild zugreifen, müssen vor dem Zugriff Änderungen des Caches in das Hintergrundmedium übernommen werden. Dazu gibt es verschiedene Strategien, mit denen dies technisch gelöst wird. Darüber hinaus muss gegebenenfalls der Cache aktualisiert werden.

Hierarchie des Cache-Speichers

Aufgrund der Tatsache, dass es technisch kaum möglich ist, einen Cache zu konstruieren, der gleichzeitig groß und schnell ist, werden häufig mehrere Caches verwendet. Dabei kann ein Cache etwa relativ klein und schnell sein, der zweite dagegen etwas größer, dafür etwas langsamer. Dieser ist jedoch immer noch schneller als der Hintergrundspeicher.

Für den Fall, dass verschiedene Caches verwendet werden, gilt eine bestimmte Hierarchie der Caches. Diese werden dabei gemäß ihrer Ebene in der Hierarchie nummeriert, niedrige Nummern bezeichnen dabei die Nähe zum Benutzer. Ein Cache auf Level 1 ist also der Cache mit der schnellsten Zugriffszeit, der zudem in der Regel auch der kleinste Cache ist. Er wird von Gerät, mit dem darauf zugegriffen wird, zuerst nach den jeweiligen Daten durchsucht. Sind die Daten nicht darin gespeichert, wird auf den darunterliegenden Cache zugegriffen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Daten gefunden werden oder festgestellt wird, dass sie überhaupt nicht im Cache vorhanden sind.

Moderne CPUs beinhalten heute in der Regel zwischen zwei und drei Cache-Ebenen, während im Softwarebereich oft nur eine Cache-Ebene zum Einsatz kommt. Webbrowser sind hier jedoch eine Ausnahme, hier werden zwei Cache-Ebenen (Arbeitsspeicher und Festplatte) genutzt.

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