Cacheverhalten

Cacheverhalten bezeichnet das Verhalten eines Speichercaches bei Datenanforderungen. Es beschreibt, ob angefragte Daten im Cache vorhanden sind und damit schnell bereitgestellt werden (Hit) oder ob sie aus dem langsameren Hauptspeicher oder einer tieferen Cache-Stufe nachgeladen werden müssen (Miss). Das Verhalten wird durch zeitliche und räumliche Lokalisierung beeinflusst: Wiederholte Zugriffe auf nahegelegene Daten erhöhen die Trefferwahrscheinlichkeit, während große oder unregelmäßige Muster Cacheauslastung verursachen können.

In CPU-Systemen existiert eine mehrstufige Cache-Hierarchie (zum Beispiel L1, L2, L3), jede Stufe mit eigener Größe, Latenz und Bandbreite. Schreiboperationen nutzen unterschiedliche Strategien, etwa Write-Through oder Write-Back, und Write-Allocate versus No-Write-Allocate beim Schreibzugriff. Bei Mehrkernprozessoren muss Cache-Kohärenz gewährleistet sein, häufig mithilfe von Protokollen wie MESI. Ersatzstrategien wie LRU, LFU, FIFO oder Random entscheiden, welche Cachezeile bei Bedarf entfernt wird, um Platz für neue Daten zu schaffen. Weitere Aspekte sind Cache-Größe, Blockgröße (Cacheline) und Vorabrägungen (Prefetching), die das Leistungsprofil maßgeblich beeinflussen.

Für die Leistung werden Metriken wie Trefferquote, Fehlerrate, durchschnittliche Speicherzugriffszeit (AMAT) und Cache-Bandbreite verwendet. Web- und verteilte Caches arbeiten nach ähnlichen Prinzipien, nutzen jedoch HTTP-Header wie Cache-Control, Expires, ETag und Last-Modified, um Gültigkeit zu steuern und Inhalte zu invalidieren oder zu revalidieren. Cacheverhalten optimiert Reaktionszeit und Belastung der Speichersysteme, steht aber auch vor dem Trade-off zwischen Schnelligkeit und Konsistenz.