Cache

Was versteht man unter Cache

Ein Cache ist ein Speicherbereich, der verwendet wird, um Daten, Informationen oder Ressourcen temporär zu speichern, um den Zugriff darauf zu beschleunigen und die Datenübertragungseffizienz zu verbessern. Caches sind in verschiedenen Bereichen der Informationstechnologie weit verbreitet, einschließlich im Web, in Betriebssystemen, in Datenbanken und in Hardware-Komponenten. Hier sind einige der wichtigsten Aspekte im Zusammenhang mit Caches:

1. Web-Cache: In Bezug auf das Internet und das Web speichert ein werden Kopien von Webseiten, Bildern, Skripten und anderen Ressourcen, die von einem Webserver angefordert werden, gespeichert. Dies ermöglicht es, Webinhalte schneller zu laden und die Belastung des ursprünglichen Servers zu verringern. Browser verwenden oft Caches, um wiederholte Besuche auf Websites effizienter zu gestalten.
2. Betriebssystem-Cache: Betriebssysteme verwenden Caches, um häufig verwendete Daten und Programme im Arbeitsspeicher zu speichern. Dadurch wird der Zugriff auf diese Ressourcen beschleunigt und die allgemeine Leistung verbessert.
3. Datenbank-Cache: Datenbankmanagementsysteme (DBMS) verwenden Caches, um oft abgerufene Daten im Speicher zu speichern, um die Datenbankabfragen zu beschleunigen. Dies kann die Antwortzeiten von Datenbankabfragen erheblich verkürzen.
4. Hardware-Cache: Prozessoren und Speichergeräte wie Festplatten und SSDs verwenden Caches, um häufig verwendete Daten und Befehle zu speichern und den Zugriff auf diese zu beschleunigen. Dies trägt zur Verbesserung der Hardware-Leistung bei.
5. Proxy-Cache: Ein Proxy-Server kann als Cache fungieren, um Anfragen von Clients zu speichern und Antworten von Servern zwischenspeichern. Dies verringert den Datenverkehr zwischen Clients und Servern und erhöht die Geschwindigkeit der Datenübertragung.
6. Browser-Cache: Webbrowser speichern Ressourcen wie Bilder, Skripte und Stylesheets im Cache, um beim erneuten Besuch derselben Website die Ladezeit zu verkürzen.

Diese „Zwischenspeicher“ sind ein wichtiges Konzept, um die Effizienz und die Leistung in der IT zu steigern. Sie helfen, Daten schneller verfügbar zu machen und reduzieren die Notwendigkeit, Informationen erneut von langsameren Speichermedien oder entfernten Servern abzurufen. Allerdings erfordert die Verwendung von Caches auch die Implementierung von Mechanismen zur Aktualisierung oder Zurücksetzung des Caches, um sicherzustellen, dass die gespeicherten Daten aktuell sind.

Allgemeine Funktionsweise:

Caches sind Speicherbereiche, die dazu dienen, häufig verwendete Daten oder Informationen temporär zu speichern, um den schnellen Zugriff darauf zu ermöglichen. Dabei gibt es verschiedene Arten von Caches, darunter Hardware Caches, Software Caches und Browser Caches. Die Funktionsweise von Caches basiert auf dem Prinzip der Hierarchie, um die Balance zwischen Speicherkapazität und Geschwindigkeit zu gewährleisten.

Hierarchische Anordnung:

Caches sind in Hierarchieebenen angeordnet, wobei die Nummerierung bei Level-1 (L1) beginnt und bis zu Level-n (Ln) geht. Je niedriger die Hierarchienummer, desto kleiner und schneller ist der Cache. Niedrigere Cache-Level wie L1 sind näher am Prozessor oder Nutzer und können Ressourcen schneller liefern. Größere Daten werden in höheren Cache-Leveln gespeichert. Wenn ein Client eine Ressource benötigt, durchsucht er die Hierarchieebenen von unten nach oben, bis der Cache gefunden wird, der die gesuchten Daten enthält. Ein erfolgreicher Fund wird als „Cache-Hit“ bezeichnet, während ein erfolgloser Versuch einen „Cache-Miss“ darstellt, und in diesem Fall wird der langsamere Hintergrundspeicher durchsucht.

Leeren von Caches:

Obwohl Caches dazu dienen, die Geschwindigkeit zu erhöhen, können sie auch Probleme verursachen, wenn sie selten geleert werden. Ein überfüllter Cache kann die Rechenleistung beeinträchtigen. Daher ist es wichtig, Caches regelmäßig zu leeren, unabhängig davon, ob es sich um Software, Hardware oder Browser-Caches handelt.

• Hardware Cache: Befindet sich auf dem Endgerät, wie Computern, Smartphones und Tablets. Er ist in die Hardware integriert und zielt darauf ab, die CPU-Auslastung zu reduzieren, wodurch das Gerät schneller und flüssiger arbeitet. Im Idealfall wird der Hardware Cache automatisch geleert, ohne manuelles Eingreifen.
• Software Cache: Sowohl Software als auch mobile Apps verfügen über Caches, um die CPU-Auslastung zu reduzieren und beispielsweise Bilder nicht bei jedem Laden erneut herunterzuladen. Der Cache kann je nach Anwendung sehr groß werden und die Leistung beeinträchtigen.
• Browser Cache: Ist ein Teil des Software Caches und speichert grundlegende Elemente einer Webseite lokal auf dem Rechner. Dadurch wird die Reaktionszeit beim erneuten Laden einer Webseite reduziert. Allerdings kann der Browser Cache zu Problemen führen, da er geänderte Inhalte nicht immer erkennt und stattdessen eine ältere Version der Webseite aus dem Cache lädt. Der Browser Cache kann in den Einstellungen des Browsers gelöscht werden.
• Cache bei mobilen Apps: Die meisten mobilen Apps verfügen über einen Cache, der ein schnelleres Laden der App ermöglicht. Der Cache kann jedoch sehr groß werden und die Leistung des Smartphones beeinträchtigen. Der Cache in mobilen Apps kann in den Einstellungen der Geräte gelöscht werden.
• Cache bei Suchmaschinen: Suchmaschinen wie Google verwenden Caches, um Kopien von Webseiten zu speichern, die beim Crawlen erstellt werden. Besucher können diese gecachten Seiten unabhängig von der Verfügbarkeit der ursprünglichen Webseite aufrufen. Dies kann für die Suchmaschinenoptimierung problematisch sein, insbesondere wenn eine Webseite häufig aktualisiert wird.

Die Leistung und Effizienz hängen von ihrer ordnungsgemäßen Verwaltung und Wartung ab. Daher ist es wichtig, Caches regelmäßig zu überprüfen und bei Bedarf zu leeren.