キャッシュ (キャッシュ) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

キャッシュ (キャッシュ) の読み方

日本語表記

キャッシュ (キャッシュ)

英語表記

cache (キャッシュ)

キャッシュ (キャッシュ) の意味や用語解説

キャッシュとは、コンピュータの処理速度を向上させるための重要な技術である。システムエンジニアを目指す上で、キャッシュの仕組みと効果を理解することは不可欠と言える。 キャッシュの概要は、頻繁にアクセスされるデータや処理結果を、高速にアクセスできる記憶領域に一時的に保存することである。これにより、毎回元の場所からデータを読み込んだり、同じ処理を繰り返したりする手間を省き、全体の処理時間を短縮できる。例として、Webブラウザが一度表示したWebページのデータをキャッシュに保存することで、次回同じページを表示する際に、サーバーからデータを再取得せずにキャッシュから読み込み、素早く表示できる、というものが挙げられる。 キャッシュは、様々な場所で使用されている。CPU内部、メモリ、ハードディスク、Webブラウザ、DNSサーバーなど、あらゆるレベルでキャッシュが活用されている。それぞれの場所で、キャッシュの目的や仕組みは多少異なるが、基本的な考え方は同じである。つまり、「よく使うものを、より速く取り出せる場所に置いておく」ということだ。 キャッシュの詳細について説明する。キャッシュは、主に「キャッシュメモリ」と呼ばれる高速な記憶装置に保存される。キャッシュメモリは、主記憶装置（メインメモリ）よりも高速にアクセスできるため、キャッシュにデータが存在すれば、主記憶装置へのアクセスを省略できる。 キャッシュの仕組みは、一般的に「局所性の原理」に基づいている。「局所性の原理」とは、プログラムがアクセスするデータや命令は、時間的または空間的に偏りがある、という考え方である。時間的局所性とは、一度アクセスされたデータは、近い将来再びアクセスされる可能性が高い、という性質である。空間的局所性とは、あるデータにアクセスされた場合、その周辺のデータも近い将来アクセスされる可能性が高い、という性質である。キャッシュはこの局所性の原理を利用して、効率的にデータを保存・管理する。 キャッシュの性能を評価する指標として、「キャッシュヒット率」がある。キャッシュヒット率とは、キャッシュにアクセスした際に、目的のデータがキャッシュに存在した割合を示す。キャッシュヒット率が高いほど、キャッシュの効果が高いと言える。キャッシュヒット率を向上させるためには、キャッシュのサイズを大きくしたり、キャッシュのアルゴリズムを最適化したりする必要がある。 キャッシュのアルゴリズムには、様々な種類がある。代表的なものとして、LRU（Least Recently Used）、FIFO（First-In First-Out）、LFU（Least Frequently Used）などがある。LRUは、最も最近使用されていないデータを削除するアルゴリズムである。FIFOは、最も古くからキャッシュに存在するデータを削除するアルゴリズムである。LFUは、最も使用頻度の低いデータを削除するアルゴリズムである。どのアルゴリズムが最適かは、アプリケーションの特性によって異なるため、適切なアルゴリズムを選択する必要がある。 キャッシュには、いくつかの課題も存在する。まず、キャッシュの一貫性を維持する必要がある。複数の場所で同じデータがキャッシュされている場合、いずれかのキャッシュが更新されると、他のキャッシュも更新する必要がある。この処理を怠ると、データが不整合を起こす可能性がある。 また、キャッシュのサイズには限界があるため、すべてのデータをキャッシュに保存することはできない。そのため、どのデータをキャッシュに保存し、どのデータを削除するかを適切に判断する必要がある。 さらに、キャッシュは揮発性メモリであるため、電源が切れるとデータが消えてしまう。重要なデータをキャッシュに保存する場合は、永続的なストレージにバックアップする必要がある。 キャッシュは、コンピュータシステムの性能を向上させるための強力な技術であるが、その仕組みを理解し、適切に利用する必要がある。システムエンジニアは、キャッシュのメリットとデメリットを理解した上で、最適なキャッシュ戦略を設計し、実装することが求められる。