Cache (Önbellek)
Cache (önbellek), yazılımlarda ve donanımlarda sık erişilen veri ve dosyaların kopyalarını depolayan bir veri depolama konumudur. Önbellek, cihaz her ihtiyaç duyduğunda aynı veriyi kaynağından yüklemeden kullanıcıya sunar. Önbelleğe alınmış verilerin yeniden kullanılabilmesi mümkündür.
Önbellek sıkça kullanılan verileri geçici olarak depolayarak çalışır. Burada depolanan veriler küçük boyutludurlar. Söz konusu işlevsellik sayesinde büyük belleklerden veri alımı azaltılır. Önbelleğin çalışma prensibi onu kullanan yazılıma ve donanıma göre değişiklik gösterebilir.
Önbellek ne anlama gelir?
Önbellek, ana belleğin ayrılmış bir bölümünü ifade eder ve depolama aygıtında yer alan yüksek hızlı erişim alanıdır. Bellek önbelleği, yüksek hızlı SRAM ile işlev gösterir ve programlar aynı verilere tekrar tekrar eriştiklerinden etkilidir. Bilgiler olabildiğince SRAM üzerinde tutulur ve işlemler hızlandırılır.
İnternet tarayıcıları açısından önbellek internet sitesi verilerinin yer aldığı geçici bir depolama alanıdır. İnternet tarayıcısı verileri önbelleğe alır ve onları yerel kaynaklardan yükleyerek performansı iyileştirir. Bir siteyi açtığınızda tüm dosyalar tarayıcıdaki geçici önbelleğe gönderildiğinden kullanışlıdır.
Önbellek türleri nelerdir?
Birçok farklı cihaz ve teknoloji sistem performansını iyileştirmek için önbellekten yararlanır. Cihazların önbelleği kullanma ve saklama biçimleri yapılarına göre farklılık gösterir. Donanım önbelleği ile yazılım önbelleğinin birbirinden farklı olduğunu bilmek gerekir.
1. CPU Nedir? Önbelleği
Bilgisayarlarda, akıllı telefonlarda ve diğer cihazlarda işlemleri gerçekleştirmek için CPU kullanılır. Bu cihazlarda uygulamaları verimli bir şekilde çalıştırmak için belirli verilere sıkça erişilmesi şarttır. Verilere hızlı bir şekilde erişebilmek için RAM adı verilen donanımdan yararlanılır.
RAM mevcut işlemleri gerçekleştirmek için CPU tarafından aktif bir şekilde kullanılan verileri geçici olarak depolar. RAM olmasaydı verilere daha uzun vadeli depolama sunan ama daha yavaş olan donanımlardan erişmesi gerekecekti.
- DRAM verileri tutmak için sürekli olarak yenilenmesi gereken kapasitörler kullanılır. Kapasitörler elektrikle çalıştığı için bilgisayar kapatıldığında DRAM tarafından tutulan veriler silinir.
- SRAM verileri tutar ve veriler sıfırlanmaz. DRAM ile arasındaki en önemli fark hızlı olmasıdır. SRAM büyük oranda CPU önbelleği için kullanılır.
Cihazlar daha verimli çalışmak için CPU önbelleğini kullanırlar. CPU önbelleği sık sık RAM tarafından üretilen verileri geçici olarak depolar. CPU verilere erişmesi gerektiğinde önbellekten verileri almaya çalışır. Verileri alabilirse cache hit, alamazsa cache miss adı verilen işlem gerçekleşir.
2. Web Tarayıcısı Önbelleği
Web tarayıcısı önbelleği, web sunucuları tarafından sık erişilen içeriği depolayıp sitelerin daha hızlı yüklenmesini sağlar. Bir kullanıcı (istemci/) bir siteyi ilk kez ziyaret ettiğinde tarayıcıdaki tüm varlıkların kaynak sunucudan alınması gerektir.
Siteye ait olan varlıkların yerel olarak alınması kaynak sunucudan tekrar tekrar veri almaktan daha hızlıdır. Kullandığınız internet tarayıcısının sunucudan sadece güncellenmiş içerik istemesi gerekir. Böylece sitenin yanıt hızı ve dolayısıyla açılış süresi yükselmiş olur.
İnternet tarayıcıları time to live (TTL) adı verilen önbellek algoritmalarını kullanırlar. TTL, varlıkların süresi dolmadan sunucudan alınıp önbellek üzerinden sunulabileceği süreyi ifade eder. Gerekli olan önbellek ilkelerini belirlemek için HTTP önbellek kodlarından yararlanır.
3. Web Sunucusu Önbelleği
Web sunucusu önbelleği, web tarayıcısı önbelleği ile benzer şekilde işleyiş gösterir. Tek farklılık önbelleğin istemci tarafında değil sunucu tarafında yer almasıdır. Sunucular kullanıcıların isteklerini kolaylaştırmak için varlıkların kopyalarını alabilmek için reverse proxy cache kullanabilir.
Web tarayıcısı önbelleği gibi web sunucusu önbelleği kullanıcının verilere doğrudan erişebilmesini ve sitelerin daha hızlı yüklenmesini sağlar. Önbellek aynı zamanda sunucudaki yükü azaltır ve performansı iyileştirerek kullanıcı deneyimini en iyi şekilde optimize eder.
4. Veritabanı Önbelleği
Birçok veritabanı, veritabanında yer alan sorguların tekrarlanmasını engellemek için dahili önbellek yöntemini kullanır. MongoDB ve MySQL gibi veritabanları bu teknolojiyi içerirler. Veritabanlaları en son arama sorgularını önbelleğe alarak işlem sürecini hızlandırırlar.
Veritabanı önbelleği sayesinde veritabanı tarafından oluşturulan baskı ortadan kalkar. Önbelleğe alma gerçekleştirildiğinde sık sorgulanan veriler geçici bir bellekte saklanır. Veriler saklandığı için onları yeniden işleme gerekli olduğunda okuma süresi olabildiğince azaltılır.
5. CDN Önbelleği
CDN, içerik dağıtım ağı anlamına gelen bir terimdir. CDN coğrafi olarak farklı konumlarda yer alan proxy sunucularına sahiptir. İçerik kullanıcılara IP konumlarına en yakın yerden sunulur. Bunu yapmak için içerik öncelikle en yakın konumda depolanır. İnternet sitelerinin yüklenme süreleri iyileştirilir.
Bir kullanıcı bir sunucudan içerik talebinde bulunduğunda önbelleğe alınmış bir kopya söz konusuysa proxy üzerinden kullanıcıya yanıt verilir. Proxy sunucuları, kullanıcı isteklerine müdahale ederek kaynak sunucunun aldığı istek sayısını azaltır.
6. DNS Önbelleği
Bir kullanıcı bir internet sitesini ziyaret ettiğinde internet tarayıcısı sitenin alan adını bir IP adresine çevirmek için kullanıcının işletim sisteminden yardım alır. Çözümleyici kullanıcı gerekli olan çeviriyi gerçekleştiremezse DNS verilerinin talebi internet servis sağlayıcıları tarafından karşılanır.
Destek alınan çözümleyiciler performansı artırmak için alan adını IP adresi çevirisinde önbelleğe alırlar. Bir kullanıcı bir internet sitesini ziyaret ettikten sonra, aynı siteye gerçekleştirdiği diğer tüm ziyaretlerinde isim sunucularını sorgulamak zorunda kalmaz. TTL süresi dolunca işlem tekrarlanır.
Önbellek avantajları ve dezavantajları nelerdir?
1. Hız İyileştirmeleri
Önbelleğe alma sık erişilen verilerin kopyalarını oluşturup yerel olarak depolar. Bu sayede kullanıcı için veriler daima hazırdır. Veriler hazır olduğundan daha hızlı yükleme süreleri söz konusudur. Örneğin, sunucuya tekrar tekrar istek göndermeye gerek kalmadan verilere ulaşılır.
2. Ağ Optimizasyonu
Önbelleğe alma sayesinde kullanıcılar istenilen verilere yerel olarak ulaşırlar. Sunucular gibi ortamlarda yaşanabilecek ağ tıkanıklığı sorunlarını ortadan kaldırır. Önbelleğe alma sunucu isteklerinin sayısını düşürdüğünde gecikmeyi azaltır ve sistem performansını iyileştirir.
3. Çevrimdışı Erişim
Önbellek sayesinde veriler yerel olarak depolandığından internet sitelerine çevrimdışı ulaşmak mümkün hale gelir. CDN gibi teknolojiler bir sitenin sunucusu kapalı olduğunda dahi en yakın tarihli veri kopyası üzerinden siteyi getirmeyi başarabilirler.
4. Performans Problemleri
Önbellek sık erişilen yerel verileri depolar ama bazen geçici dosyalar önbellekten doğru şekilde getirilemezler. Bozuk önbellek dosyaları genelde performans sorunlarına yol açarlar. Sitelerin veya uygulamaların tam çalışmamasına veya tamamen çökmesine neden olabilirler.
5. Gecikme Sorunları
Önbellek genelde yeniden kullanılabilir verilerin geçici olarak depolanmasını sağlar. Buna rağmen sitelerde sayfaların güncellenmesi konusunda problemler yaşanabilir. Eski sürümler önbellekte tutulduğundan kullanıcılar yeni sürümlere erişmeyi başaramazlar.
6. Güvenlik Tehditleri
Önbellek son kullanılan veri kopyalarını sakladığından kullanıcı verilerine yönelik saldırı olasılığını artırır. Bu bir güvenlik riski teşkil eder. İnternet tarayıcıları işlem geçmişleri, çerezler, kişisel bilgiler ve şifreler gibi hassas verileri depoladığından bu tür saldırılar problem yaratabilir.
