캐시란 무엇일까?

개념, 어원, 원리까지 모두 알아보자!

by 퉁퉁코딩

Dec 27. 2024

이번 글에서는 컴퓨터와 인터넷 세계에서 빠른 데이터 접근과 효율적인 처리를 가능하게 하는 캐시(Cache)에 대해 알아보겠습니다.

일상 속의 예시를 통해 캐시의 작동 원리를 이해하고, 이를 활용하는 다양한 방식과 함께 한계점까지 살펴보겠습니다.

캐시를 이해하기 위한 딸기 예시

한 사람이 매일 아침 딸기 3개를 먹는다고 상상해 봅시다.

만약 매번 딸기밭에 가서 딸기 1개씩 사 오는 과정을 세 번 반복한다면, 이는 매우 비효율적일 것입니다.

대부분은 딸기를 한 박스 사서 냉장고에 넣어 두고, 아침마다 3개씩 꺼내 씻어 먹겠죠.

이처럼 자주 사용하는 물건은 가까운 곳에 두는 것이 훨씬 효율적입니다.

딸기의 경우 다음과 같은 순서로 점점 가까워지면서 접근 속도도 빨라질 겁니다.

딸기 밭 → 냉동 저장고 → 동네 마트 → 냉장고 → 접시

컴퓨터의 데이터 접근 방식도 이와 유사합니다.
자주 사용하는 데이터는 더 가까운 곳에 두고 빠르게 불러옵니다.

이 구조를 데이터 계층 구조(Data Hierarchy)라고 하며, 다음과 같은 순서로 접근 속도가 빨라집니다.

네트워크 저장소 → 보조 저장장치(SSD/HDD) → RAM → 캐시(Cache) → 레지스터(Register)

캐시는 이 계층 구조에서 냉장고와 같은 역할을 합니다.
자주 사용되는 데이터를 임시로 저장하여, 더 빠르게 접근할 수 있도록 돕습니다.

캐시란 무엇인가?

캐시는 데이터를 임시로 저장하여 향후 더 빠르게 접근할 수 있도록 돕는 작은 저장소입니다.
딸기의 냉장고처럼 빠른 접근성과 적당한 저장 용량을 가집니다.

캐시는 컴퓨터와 네트워크 전반에 걸쳐 속도를 높이는 핵심 요소로, 자주 사용되는 데이터를 임시로 저장해 CPU나 애플리케이션이 더 빠르게 필요한 데이터를 가져올 수 있도록 돕습니다.

캐시의 어원과 역사

캐시(Cache)라는 단어는 라틴어 "coacticare"에서 유래되었으며, "무언가를 감추다"라는 의미를 가집니다.
프랑스어로 발전하며 "비밀 장소"나 "숨겨진 장소"를 뜻하는 "cachette"가 되었고, 이후 영어 단어 "Cache"로 자리 잡았습니다.

이 단어가 영어 Cache가 되어 비밀 장소 또는 은닉처라는 의미로 사용되었습니다.

특히, 사냥꾼들이 사냥한 음식을 은밀히 보관하거나 숨겨 두는 장소를 캐시라고 불렀습니다.

캐시 메모리 개념은 1960년대 영국 과학자 모리스 윌크스(Maurice Wilkes)와 그의 연구팀이 처음 제안했습니다.
당시 컴퓨터는 작업 처리 속도와 데이터를 가져오는 속도가 맞지 않아, 작업 시간이 불필요하게 늘어나는 문제가 있었습니다.
이를 해결하기 위해 자주 사용하는 데이터를 임시 저장하는 캐시 메모리가 도입되었습니다.

캐시의 작동 원리

캐시는 데이터를 빠르게 제공하기 위해 두 가지 핵심 원리를 활용합니다.

시간 지역성(Temporal Locality)

최근에 사용된 데이터는 다시 사용될 가능성이 높습니다.

예: 복사한 텍스트를 여러 곳에 붙여넣을 때, 캐시가 이를 기억하고 재사용합니다.

공간 지역성(Spatial Locality)

특정 데이터 근처의 데이터도 함께 사용될 가능성이 큽니다.

예: 웹페이지 로딩 시 특정 이미지를 불러오면, 근처에 있는 스타일 파일이나 스크립트도 함께 로드됩니다.

캐시의 활용 사례

캐시는 컴퓨터와 네트워크, 웹 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

디스크 캐시

하드디스크나 SSD에서 자주 사용하는 데이터를 임시 저장해읽기 및 쓰기 속도를 높입니다.

CPU 캐시

CPU 내부에 위치하며, 계산에 필요한 데이터를 초고속으로 불러오기 위해 설계된 저장소입니다.

브라우저 캐시

웹페이지의 이미지, CSS, 스크립트 파일 등을 로컬에 저장해 같은 페이지를 다시 방문할 때 빠르게 로드하도록 돕습니다.

앱 캐시

스마트폰 앱이 데이터를 캐싱하여, 오프라인 상태에서도 빠르게 실행될 수 있도록 합니다.

CDN 캐시

전 세계에 분산된 서버를 활용해 웹 콘텐츠를 빠르게 제공하며, 대규모 트래픽을 처리할 때 유용합니다.

브라우저와 캐시

캐시를 가장 직관적으로 이해할 수 있는 사례는 브라우저입니다.
웹사이트를 처음 방문하면, 브라우저는 이미지, CSS, 자바스크립트 같은 파일을 다운로드해 로컬 캐시에 저장합니다.
이후 같은 웹사이트를 방문할 때, 브라우저는 네트워크가 아닌 캐시에서 데이터를 불러와 페이지를 더 빠르게 로드합니다.