O cache é transparente. Não afeta os metadados de um arquivo. A data de acesso de um arquivo mostra quando o arquivo foi lido, não importa se a leitura do arquivo causou uma leitura do disco.
Por padrão, o Linux não atualiza os tempos de acesso aos arquivos. A opção de montagem padrão sine kernel 2.6.30 é relatime
, que sacrifica a utilidade do arquivo tempos de acesso para um pequeno ganho de desempenho. Parece que seu sistema de arquivos está montado com a opção relatime
, então a segunda leitura do arquivo não atualizou seu tempo.