云計(jì)算環(huán)境下分布式緩存技術(shù)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

王喬平

引言：隨著科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在飛速的發(fā)展，近些年越來越多的領(lǐng)域開始應(yīng)用分布式的緩存技術(shù)，使其并受到了學(xué)術(shù)界的一致好評。但是分布式緩存技術(shù)在云環(huán)境下也面臨著許多問題。分布式緩存技術(shù)推動了計(jì)算機(jī)的蓬勃發(fā)展，建立了一個在云計(jì)算環(huán)境下的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。本文就從分布式緩存技術(shù)的特點(diǎn)、現(xiàn)狀、存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行闡述[1]。

前言：二十一世紀(jì)人類進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時代，在信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，計(jì)算平臺成為了通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)傳遞的基礎(chǔ)。分布式的緩存技術(shù)具有可靠性高，擴(kuò)展性強(qiáng)、吞吐性大等特點(diǎn)，為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸提供了有利的支撐，成為了互聯(lián)網(wǎng)平臺云結(jié)構(gòu)底層支持的基礎(chǔ)。接下來，本文將對分布式緩存進(jìn)行詳細(xì)分析，為計(jì)算機(jī)技術(shù)的完善提供借鑒。

一、云計(jì)算的安全及其影響

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的全面發(fā)展，近幾年，云計(jì)算這個名詞備受關(guān)注，成為了人們熱議的話題，并且在學(xué)術(shù)界、政府、商界都給予較大的肯定。云計(jì)算可以體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)就是計(jì)算機(jī)技術(shù)的思想，云計(jì)算可以將豐富的計(jì)算機(jī)資源聯(lián)系在一起，組成一個巨大的計(jì)算機(jī)模式。云計(jì)算也可以為計(jì)算機(jī)用戶隨時的進(jìn)行服務(wù)，為IT服務(wù)的便利提供無限的可能。云計(jì)算因其方便、快捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢得到了越來越多企業(yè)的矚目，不僅能將IT業(yè)從復(fù)雜的工作中解救出來，還能使IT技術(shù)更加專注自身核心業(yè)務(wù)的發(fā)展[2]。

但是，目前云計(jì)算面臨著最關(guān)鍵的問題就是安全性問題，隨著云計(jì)算應(yīng)用的越來越廣泛，安全問題越來越得到了人們的重視。人們開始對云計(jì)算的安全問題進(jìn)行擔(dān)憂，有的客戶也不得不暫停云計(jì)算的使用。在這期間云計(jì)算的確出現(xiàn)了一些負(fù)面的新聞，如：2009年2月和7月亞馬遜網(wǎng)絡(luò)的癱瘓問題，以及2009年3月谷歌用戶信息泄密事件，這些都不得不使人們重新思考云計(jì)算面臨的安全問題。

二、分布式緩存技術(shù)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)

（一）分布式緩存的結(jié)構(gòu)

分布式緩存技術(shù)是采用網(wǎng)狀的連接方式將互聯(lián)網(wǎng)之間的服務(wù)器進(jìn)行連接，數(shù)集可以在互聯(lián)網(wǎng)之間通過數(shù)據(jù)多副本機(jī)制傳輸。分布式緩存可以實(shí)現(xiàn)無中心化的操作控制臺，可以在任何一個服務(wù)器上登陸以實(shí)現(xiàn)對集群的訪問、數(shù)據(jù)的控制、實(shí)時的監(jiān)控等，并且通過操作維護(hù)臺可以對集群的軟件進(jìn)行升級、配置等服務(wù)[3]。

（二）分布式緩存的擴(kuò)展性

分布式緩存可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高吞吐性，通過低延時的訪問服務(wù)，對數(shù)據(jù)服務(wù)增加節(jié)點(diǎn)從而為數(shù)據(jù)的處理能力進(jìn)行擴(kuò)充，并且擴(kuò)充的應(yīng)用訪問高度透明。例如：將已有的節(jié)點(diǎn)A上增添新的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，可以將B的數(shù)據(jù)直接添加到節(jié)點(diǎn)A上，通過命令指令的傳輸與傳送，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，不斷的對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)將B的數(shù)據(jù)擴(kuò)張到A節(jié)點(diǎn)上。

分布式緩存具有擴(kuò)展性高這樣的性能可以使數(shù)據(jù)得到有效地擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間的最大化，這樣可以更好的對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，為數(shù)據(jù)的有效傳輸和儲存提供幫助。

（三）分布式緩存的可靠性

在互聯(lián)網(wǎng)工作中，數(shù)據(jù)的可靠性是十分重要的，分布式緩存就是這樣一個具有高可靠性的工具。通過使用副本機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性能。數(shù)據(jù)緩存具有N、R、W原則，N代表數(shù)據(jù)的副本數(shù)，R代表讀取多少副本才能認(rèn)為讀成功，W寫了多少副本才能認(rèn)為寫成功，這三量有這樣一個關(guān)系：當(dāng)W+R>N時，可以認(rèn)為系統(tǒng)是可靠的[4]。

在N、R、W原則中，數(shù)據(jù)各節(jié)點(diǎn)的IP是按照大小組成的有序的循環(huán)表，根據(jù)第一個節(jié)點(diǎn)來尋找其它活著的節(jié)點(diǎn)作為備節(jié)點(diǎn)，在沒有故障發(fā)生的情況下，協(xié)同器是路由的第一個節(jié)點(diǎn)，如果協(xié)同器節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，客戶可以選擇下一個活著的節(jié)點(diǎn)作為協(xié)同器，這樣通過在保證數(shù)據(jù)的一致性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性，來保證數(shù)據(jù)的安全。

（四）分布式緩存的性能特點(diǎn)

眾所周知，分布式緩存具有高性能的特點(diǎn)，正是由于這樣的特點(diǎn)可以保證數(shù)據(jù)的有效傳輸。分布式緩存平臺采用同步接口和異步接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。同步接口在服務(wù)端實(shí)行執(zhí)行成功返回命令后，可以使客戶端應(yīng)用返回。異步接口則是通過回調(diào)函數(shù)的方式來確定應(yīng)用實(shí)行。

影響服務(wù)端性能的因素有很多，如：線粒鎖的粒度、執(zhí)行效率、內(nèi)存的組織訪問方式等。經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)測試，分布式緩存具有的高性能特點(diǎn)可以對數(shù)據(jù)的試行進(jìn)行有力的幫助。

（五）分布式緩存技術(shù)的數(shù)據(jù)一致性

分布式緩存數(shù)據(jù)的一致性是通過控制數(shù)據(jù)值副本的一致性來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)版本的向量控制，即使數(shù)據(jù)被傳送到不同節(jié)點(diǎn)上，仍然可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性。

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時，要得到整個副本版號的實(shí)際情況，來確保寫入數(shù)據(jù)后保持版本的一致性和最新性。在操作的過程中，協(xié)同器獲取全部的副本版號，通過確定副本版號是否一致，來界定讀取的正誤，進(jìn)而對版本進(jìn)行更新，為下次的任務(wù)做好鋪墊。

三、分布式緩存技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

（一）緩存服務(wù)性能隔離的挑戰(zhàn)

在多個用戶運(yùn)用服務(wù)器的場景下，資源競爭會無法滿足其中一部分的租戶的服務(wù)質(zhì)量，也就存在性能干擾的問題。上述的現(xiàn)象叫做資源的劫持，就是在多租戶的環(huán)境中出現(xiàn)了資源被霸占的情況，所以如何對各個用戶之間采取保障性能的隔離手段成為了重要問題之一。每個用戶對資源的需求都不相同，這需要最大限度的提高資源的利用率，確?？蓾M足每個用戶的實(shí)際需求。由此可見，面向多租戶的緩存服務(wù)性能已經(jīng)成為了當(dāng)前緩存技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。

（二）緩存策略的適應(yīng)及管理

緩存策略的制定是根據(jù)不同的場景進(jìn)行的有針對性的設(shè)計(jì)，分為替換策略、一致策略等。緩存的適應(yīng)機(jī)制是為了進(jìn)一步完善系統(tǒng)服務(wù)性能，提高緩存的適應(yīng)性。目前，緩存策略面臨著兩個挑戰(zhàn)，一個自適應(yīng)問題，一個是管理問題。

計(jì)算機(jī)的專業(yè)人才運(yùn)用跟蹤驅(qū)動模擬的方法對每個互聯(lián)網(wǎng)文件進(jìn)行最優(yōu)策略，提出了一種新的算法可以降低空規(guī)模，并且優(yōu)化性能，但需要以犧牲準(zhǔn)確率為代價。

結(jié)論：綜上所述，在解決云計(jì)算安全的前提下，對云計(jì)算環(huán)境下分布式緩存技術(shù)的進(jìn)行優(yōu)化使信息能夠準(zhǔn)確、快捷、安全的進(jìn)行傳輸。要結(jié)合分布式緩存技術(shù)面臨的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，逐步完善緩存式技術(shù)的應(yīng)用，使互聯(lián)網(wǎng)市場更加繁榮。

參考文獻(xiàn)

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[3]郭棟，王偉，曾國蓀.基于Memcached的緩存資源集中管理方法[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013，12（18）：62-65.

[4]溫劍鋒.大數(shù)據(jù)背景下基于云技術(shù)的高校移動學(xué)習(xí)平臺構(gòu)建研究[J].柳州師專學(xué)報，2013，06（20）：129-132.

（作者單位：天津市大港油田第一采油廠）