Cache

자주 쓰이는 문서를 보관해두는 Http 장치이다. 불필요한 데이터 전송, 네트워크 병목, 서버의 요청 등 여러 방면으로 성능을 개선해준다.

- 캐시는 불필요한 데이터 전송을 줄여서, 네트워크 요금으로 인한 비용을 줄여 준다.
- 캐시는 네트워크 병목을 줄여준다. 대역폭을 늘리지 않고도 페이지를 빨리 불러올 수 있게 된다.
- 캐시는 원 서버에 대한 요청을 줄여준다.서버는 부하를 줄일 수 있으며 더 빨리 응답할 수 있게 된다.

적중과 부적중

캐시는 유용하지만 세상 모든 문서의 사본을 저장하지 않습니다. 캐시에 요청이 도착했을 때, 대응하는 사본이 있다면 그 사본을 이용해 요청이 처리될 수 있습니다. 이를 캐시 적중(cache hit)이라고 합니다. 대응하는 사본이 없다면 원 서버로 요청이 전달되며, 이를 캐시 부적중(cache miss)이라고 합니다.

재검사(Revalidation)

원 서버 콘텐츠는 변경될 수 있기 때문에, 캐시는 그들이 갖고 있는 사본이 여전히 최신인지 서버를 통해 때때로 점검해야 합니다. 이러한 '신선도 검사'를 HTTP 재검사라고 부릅니다.

콘텐츠가 변경되지 않았다면, 서버는 아주 작은 304 Not Modified 응답을 보낸다. 그 사본이 여전히 유효함을 알게 된 캐시는 즉각 사본이 신선하다고 임시로 다시 표시한 뒤, 그 사본을 클라이언트에 제공한다

재검사 적중 혹은 느린 적중이라고 부른다.

재검사 적중 : 서버 객체가 변경되지 않았다면, 서버는 클라이언트에게 작은 HTTP 304 NotModified 응답한다 재검사 부적중 : 만약 서버 객체가 캐시된 사본과 다르다면, 서버는 콘텐츠 전체와 함께 평범한 HTTP 200 OK 응답을 클라이언트에게 보낸다. 객체 삭제 : 서버 객체가 삭제되었다면, 서버는 404 Not Found 응답을 돌려보내며, 캐시는 사본을 삭제한다.

적중률

캐시가 요청을 처리하는 비율을 캐시 적중률&문서 적중률이라 한다. 적중률은 0에서 1까지의 값이지만, 흔히 퍼센트로 표현되기도 한다.

실제 적중률은 캐시가 얼마나 큰지
캐시 사용자들의 관심사가 얼마나 비슷한지
캐시된 데이터가 얼마나 자주 변경되거나 개인화되는지
캐시가 어떻게 설정되어 있는지

적중률은 예측하기 어려운 것으로 악명이 높지만 오늘날 적중률 40% 면 웹 캐시로 괜찮은 편이다. 다행인 사실은, 보통 크기의 캐시라도 충분한 분량의 자주 쓰이는 문서들을 보관하여 상당히 트래픽을 줄이고 성능을 개선할 수 있다는 점이다. 캐시는 유용한 콘텐츠가 캐시 안에 머무르도록 보장하기 위해 노력한다.

적중과 부적중의 구별

불행히도, HTTP는 클라이언트에게 응답이 캐시 적중이었는지 아니면 원 서버 접근인지 말해줄 수 있는 방법을 제공하지 않는다.두 경우 모두 응답 코드는 응답이 본문을 갖고 있음을 의미하는 200 OK가 될 것이다.

클라이언트가 응답이 캐시에서 왔는지 알아내는 한 가지 방법은 Date 헤더를 이용하는 것이다.응답의 Date 헤더 값을 현재 시각과 비교하여, 응답의 생성일이 더 오래되었다면 클라이언트는 응답이 캐시된 것임을 알아낼 수 있다.

캐시 토폴로지

캐시는 한 명의 사용자에게만 할당될 수도 있고 반대로 수천 명의 사용자들 간에 공유될 수도 있다.

개인전용캐시

개인 전용 캐시는 많은 에너지나 저장 공간을 필요로 하지 않으므로, 작고 저렴할 수 있다. 브라우저는 자주 쓰이는 문서를 개인용 컴퓨터의 디스크와 메모리에 캐시해 놓고,사용자가 캐시 사이즈와 설정을 수정할 수 있도록 허용한다.

익스플로러는 캐시된 문서를 ‘임시 파일’이라고 부르고 연관된 URL 및 문서 만료 시각과 함께 파일 목록에 나열한다.

공용 프락시 캐시

캐시 프록시 서버&프록시 캐시라고 불리는 특별한 종류 의 공유된 프락시 서버다 프락시 캐시는 로컬 캐시에서 문서를 제공하거나, 혹은 사용자의 입장에서 서버에 접근한다. 공용 캐시에는 여러 사용자가 접근하기 때문에, 불필요한 트래픽을 줄일 수 있는 더 많은 기회가 있다.

각 개인 전용 캐시는 같은 문서를 네트워크를 거쳐 여러 번 가져온다 캐시는 자주 찾는 객체를 단 한 번만 가져와 모든 요청에 대해 공유된 사본을 제공함으로써, 네트워크 트래픽을 줄인다.

프락시 캐시 계층들

작은 캐시에서 캐시 부적중이 발생했을 때 더 큰 부모 캐시가 트래픽을 처리하도록 하는 계층을 만드는 방식이 합리적인 경우가 많다.

캐시망, 콘텐츠 라우팅, 피어링

몇몇 네트워크 아키텍처는 단순한 캐시 계층 대신 복잡한 캐시망을 만든다. 캐시망의 프락시 캐시는 복잡한 방법으로 서로 대화하여 캐시 커뮤니케이션 결정을 동적으로 내린다.

- URL에 근거하여, 부모 캐시와 원 서버 중 하나를 동적으로 선택한다.
- URL에 근거하여 특정 부모 캐시를 동적으로 선택한다.
- 부모 캐시에게 가기 전에, 캐시된 사본을 로컬에서 찾아본다.
- 다른 캐시들이 그들의 캐시된 콘텐츠에 부분적으로 접근할 수 있도록 허용하되,
그들의 캐시를 통한 인터넷 트랜짓(Internet transit)9은 허용하지 않는다.

이러한 한층 더 복잡한 캐시 사이의 관계는, 서로 다른 조직들이 상호 이득을 위해 그들의 캐시를 연결하여 서로를 찾아볼 수 있도록 해준다.

선택적인 피어링을 지원 하는 캐시는 형제 캐시라고 불린다 ICP&HTCP 프로토콜을 이용해 HTTP를 확장했다.

캐리 처리

매우 고성능이면서도 HTTP와 그 외 다른 기술의 고급 기능을 지원하도록 만들어졌다. 그러나 몇 군데 미묘한 구석이 있긴 하지만, 웹 캐시의 기본적인 동작은 대개 단순하다. HTTP GET 메시지 하나를 처리 하는 기본적인 캐시 처리 절차는 일곱 단계로 이루어져 있다.

요청 받기 : 캐시는 네트워크로부터 도착한 요청 메시지를 읽는다. 캐시는 네트워크 커넥션에서의 활동을 감지하고, 들어오는 데이터를 읽어들인다. 고성능 캐시는 여러 개의 들어오는 커넥션들로부터 데이터를 동시에 읽어들이고, 메시지 전체가 도착하기 전에 트랜잭션 처리를 시작한다.

파싱 :캐시는 메시지를 파싱하여 URL과 헤더들을 추출한다. 캐시는 요청 메시지를 여러 부분으로 파싱하여 헤더 부분을 조작하기 쉬운 자료 구조에 담는다. 이는 캐싱 소프트웨어가 헤더 필드를 처리하고 조작하기 쉽게 만들어준다.

검색 : 캐시는 로컬 복사본이 있는지 검사하고, 사본이 없다면 사본을 받아온다. 캐시는 URL을 알아내고 그에 해당하는 로컬 사본이 있는지 검사한다. 로컬 복사본은 메모리에 저장되어 있을 수도 있고, 아니면 디스크나 심지어 근처의 다른 컴퓨터에 있을 수도 있다. 전문적인 수준의 캐시는 객체를 로컬 캐시에서 가 져올 수 있는지 판단하기 위해 빠른 알고리즘을 사용한다. 만약 문서를 로컬에서 가져올 수 없다면, 캐시는 상황이나 설정에 따라서 그것을 원 서버나 부모 프락시 에서 가져오거나 혹은 실패를 반환한다.

캐시된 객체는 서버 응답 본문과 원 서버 응답 헤더를 포함하고 있으므로, 캐시 적중 동안 올바른 서버 헤더가 반환될 수 있다. 캐시된 객체는 또한 객체가 얼마나 오랫동안 캐시에 머무르고 있었는지를 알려주는 기록이나, 얼마나 자주 사용되었는 지 등에 대한 몇몇 메타데이터를 포함한다.

신선도 검사 : 캐시는 캐시된 사본이 충분히 신선한지 검사하고, 신선하지 않다면 변경사항이 있는지 서버에게 물어본다. HTTP는 캐시가 일정 기간 동안 서버 문서의 사본을 보유할 수 있도록 해준다. 이 기간 동안, 문서는 ‘신선’한 것으로 간주되고 캐시는 서버와의 접촉 없이 이 문서를 제공할 수 있다. 그러나 일단 캐시된 사본을 신선도 한계를 넘을 정도로 너무 오래 갖고 있었다면 그 객체는 ‘신선하지 않은’ 것으로 간주되며, 캐시는 그 문서를 제공 하기전에 문서에 어떤 변경이 있었는지 검사하기 위해 서버와 재검사를 해야 한다.

HTTP의 신선도 검사 규칙은 매우 복잡한데, 캐시 제품들이 지원하는 많은 수의 설정 옵션과 비 HTTP 신선도 표준과의 상호작용은 상황을 더 복잡하게 만들었다. 우리는 이 장 나머지의 대부분을 신선도 계산 설명에 할애할 것이다.

응답 생성 : 캐시는 새로운 헤더와 캐시된 본문으로 응답 메시지를 만든다.

우리는 캐시된 응답을 원 서버에서 온 것처럼 보이게 하고 싶기 때문에, 캐시는 캐시된 서버 응답 헤더를 토대로 응답 헤더를 생성한다. 이 기저 헤더들은 캐시에 의해 수정되고 늘어난다.

캐시는 클라이언트에 맞게 이 헤더를 조정해야 하는 책임이 있다. 캐시는 또한 캐시 신선도 정보를 삽입하며(Cache-Control, Age, Expires 헤더), 프락시 캐시를 거쳐갔음을 알려주기 위해 종종 via 헤더를 포함시킨다.

전송 : 일단 응답 헤더가 준비되면, 캐시는 응답을 클라이언트에게 돌려준다. 모든 프락시 서버들과 마찬가지로, 프락시 캐시는 클라이언트와의 커넥션을 유지할 필요가 있다. 고성능 캐시는 종종 로컬 저장장치와 네트워크 I/O 버퍼 사이에서 문서의 콘텐 츠 복사를 피함으로써 데이터를 효과적으로 전송하기 위해 노력한다.

로깅 : 대부분의 캐시는 로그 파일과 캐시 사용에 대한 통계를 유지한다. 각 캐시 트랜잭션이 완료된 후, 캐시는 통계 캐시 적중과 부적중 횟수에 대한 통계를 갱신하고, 로그 파일에 요청 종류 URL 그리고 무엇이 일어났는지를 알려주는 항목을 추가한다.

가장 많이 쓰이는 캐시 로그 포맷은 스퀴드 로그 포맷과 넷스 케이프 확장 공용 로그 포맷이지만, 많은 캐시 제품이 커스텀 로그 파일을 허용한다.

서버 재검사

캐시된 문서가 만료되었다는 것은, 그 문서가 원 서버에 현재 존재하는 것과 실제로 다르다는 것을 의미하지는 않으며, 다만 이제 검사할 시간이 되었음을 뜻한다.이 검사를 캐시가 원 서버에게 문서가 변경되었는지의 여부를 물어볼 필요가 있음을 의미하는 ‘서버 재검사’라고 부른다.

- 재검사 결과 콘텐츠가 변경되었다면, 
캐시는 그 문서의 새로운 사본을 가져와 오래된 데이터 대신 저장한 뒤 클라이언트에게도 보내준다.

- 재검사 결과 콘텐츠가 변경되지 않았다면, 
캐시는 새 만료일을 포함한 새 헤더들만 가져와서 캐시 안의 헤더들을 갱신한다.

조건부 메서드와의 재검사

HTTP의 조건부 메서드는 재검사를 효율적으로 만들어준다. HTTP는 캐시가 서버 에게 ‘조건부 GET’이라는 요청을 보낼 수 있도록 해준다. 이 요청은 서버가 갖고 있 는 문서가 캐시가 갖고 있는 것과 다른 경우에만 객체 본문을 보내달라고 하는 것 이다. 조건부 GET은 GET 요청 메시지에 특별한 조건부 헤더를 추가함으로써 시작된다. 웹 서버는 조건이 참인 경우에만 객체를 반환한다.

HTTP는 다섯 가지 조건부 요청 헤더를 정의한다. 그 중 둘은 캐시 재검사를 할 때 가장 유용한 If-Modified-Since와 If-None-Match이다. 모든 조건부 헤더는 ‘if-’ 접두어로 시작한다.

no-cache와 no-store 응답 헤더

HTTP/1.1은 신선도를 관리하기 위해, 객체를 캐시하는 것을 제한하거나 캐시된 객체를 제공하는 여러 가지 방법을 제공한다.no-store와 no-cache 헤더는 캐시가 검 증되지 않은 캐시된 객체로 응답하는 것을 막는다.

Cache-Control: no-store
Cache-Control: no-cache
Pragma: no-cache

‘no-store’가 표시된 응답은 캐시가 그 응답의 사본을 만드는 것을 금지한다. 캐시 는 보통, 캐시가 아닌 프락시 서버가 그러는 것처럼, 클라이언트에게 no-store 응답 을 전달하고 나면 객체를 삭제할 것이다.

Max-Age 응답 헤더

Cache-Control: max-age 헤더는 신선하다고 간주되었던 문서가 서버로부터 온 이 후로 흐른 시간이고, 초로 나타낸다. 또한 s-maxage 헤더는(‘maxage’에 하이픈이 없음에 주의하라) max-age처 럼 행동하지만 공유된(공용) 캐시에만 적용된다.

Cache-Control: max-age=3600
Cache-Control: s-maxage=3600

서버는 최대 나이먹음(maximum aging)을 0으로 설정함으로써, 캐시가 매 접근마 다 문서를 캐시하거나 리프레시하지 않도록 요청할 수 있다.

Expires 응답 헤더

더 이상 사용하지 않기를 권하는(deprecated) Expires 헤더는 초 단위의 시간 대신 실제 만료 날짜를 명시한다.HTTP를 설계한 사람들은, 많은 서버가 동기화되어 있 지 않거나 부정확한 시계를 갖고 있기 때문에, 만료를 절대시각 대신 경과된 시간 으로 표현하는 것이 낫다고 판단했다.신선도 수명의 근사값은 만료일과 생성일의 초 단위 시간차를 계산하여 얻을 수 있다.

Expires: Fri, 05 Jul 2002, 05:00:00 GMT

몇몇 서버는 문서를 항상 만료되도록 하기 위해 Expires: 0 응답 헤더를 돌려보내지 만,이는 문법 위반이며 몇몇 소프트웨어와 문제를 일으킬 수 있다. 이런 값들을 가 급적 받아들일 수는 있어야 하나, 생성해서는 안 된다.