CacheNutzung

CacheNutzung bezeichnet die Nutzung von Cache-Speicher, um Zugriffe auf den langsamer arbeitenden Hauptspeicher zu beschleunigen. Ein CPU-Cache liegt zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher und hält Kopien von Daten und Anweisungen, die wahrscheinlich dem Prozessor bald benötigt werden.

Caches arbeiten nach dem Prinzip der Lokalisierung: Temporalität (kürzlich verwendete Daten) und Lokalisität (zusammenhängende Speicherstellen) erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Cache-Hits. Je größer die Trefferwahrscheinlichkeit, desto geringer ist der Anteil der langsamen Speicherzugriffe.

Aufbau und Organisation umfassen typischerweise mehrstufige Hierarchien (L1, L2, L3), deren Größe, Zeilengröße, Verlässlichkeit und Vollständigkeit variieren. Jeder Cache hat einen Tag-Speicher (Tag- oder Address-Tags) und eine Cache-Line. Eine Abfrage prüft, ob die benötigten Daten in dem Cache vorhanden sind; wenn ja, spricht man von einem Hit, andernfalls von einem Miss. Miss-Typen umfassen obligatorische, Kapazitäts- und Konflikt-Misses.

Cache-Management umfasst Ersatzpolitiken (z. B. LRU, FIFO), Schreibpolitik (Write-Through vs. Write-Back) und, bei Mehrkernprozessoren, Kohärenzprotokolle wie MESI. Kohärenz gewährleistet, dass mehrere Caches konsistente Kopien von gemeinsam genutzten Daten halten.

Aus Sicht der Software bedeutet CacheNutzung, Zugmuster zu optimieren und speicherbezogene Datenstrukturen cache-freundlich zu gestalten. Entwickler können durch räumliche und zeitliche Lokalisierung sowie Blockgrößen und Stride das Risiko von Misses reduzieren. Profiling-Tools helfen, cachefreundliche Muster aufzudecken.