云計算環(huán)境下分布式緩存技術(shù)存在的問題探討

隨著互聯(lián)網(wǎng)漸漸融入人們的生活，愈發(fā)龐大的用戶規(guī)模和數(shù)據(jù)規(guī)模對系統(tǒng)性能提出了更高的要求，因此，在其中起重要作用的緩存技術(shù)在系統(tǒng)應(yīng)用中的應(yīng)用越來越廣泛。本文介紹了分布式緩存概述以及云計算分布式部署業(yè)務(wù)的優(yōu)勢，分析了云計算環(huán)境下分布式緩存技術(shù)的架構(gòu)以及淘汰策略，并且提出了未來發(fā)展方向，從而提高數(shù)據(jù)存儲的可靠性。

云計算;分布式緩存;問題

1分布式緩存概述

社會的發(fā)展，用戶需求的變化，都極大的促進了分布式數(shù)據(jù)儲存技術(shù)的變革和發(fā)展。歸納而言，分布式數(shù)據(jù)儲存技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了本地式緩存、分布式緩存系統(tǒng)、彈性緩存平臺以及彈性應(yīng)用平臺等階段。由于分布式數(shù)據(jù)緩存技術(shù)是云計算平臺的基礎(chǔ)，因此在面對不斷攀升的數(shù)據(jù)規(guī)模和用戶規(guī)模的背景下，需要在合理控制成本的基礎(chǔ)上，提高分布式數(shù)據(jù)儲存的性能。

2云計算分布式部署業(yè)務(wù)的優(yōu)勢

根據(jù)云計算平臺的特性，通過云計算平臺分布式部署業(yè)務(wù)主要有如下的優(yōu)勢（1）負載均衡，多臺虛擬機分擔業(yè)務(wù)流量業(yè)務(wù)承載以虛擬機形式，負載均衡仍采用原來的方式，通過負載均衡將業(yè)務(wù)負載分擔在不同的業(yè)務(wù)虛擬機上，常用的負載均衡發(fā)生在局域網(wǎng)內(nèi)部，常用的軟件有 Nginx/ HAProxy/F5/LVS 等。（2）虛擬機親和性，保障高等級虛擬機使用高性能物理服務(wù)器通過云計算平臺自身對物理主機的親和性，可以將業(yè)務(wù)虛擬機綁定在指定的物理機主機上，即使虛擬機上電后仍然會優(yōu)先啟動在綁定的物理節(jié)點上，建立虛擬機資源和物理資源的對應(yīng)關(guān)系，可以有效的保障高等級虛擬機運行在高性能服務(wù)器上。（3）虛擬機聚合性，避免流量風暴云計算平臺聚合性功能，可以綁定兩臺或多臺虛擬機作為聚合組，將其部署在指定的物理節(jié)點上，建立虛擬機與虛擬機之間的業(yè)務(wù)聚合組之后，虛擬機與虛擬機的流量在物理節(jié)點內(nèi)部完成，使交互較多的虛機盡量分布在同一個物理節(jié)點上，減少跨物理節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)流量。（4）虛擬機背離性，跨物理節(jié)點的集群分布云計算平臺背離性功能，可以設(shè)置兩臺或多臺虛擬機背離性，作為互斥的虛擬機組，可以設(shè)置虛擬機部署在不同物理節(jié)點上，有效的減少物理節(jié)點的單點故障對虛擬機業(yè)務(wù)的影響。（5）遷移，利用云計算平臺自身的遷移功能，可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活遷移，保持IP地址不變，虛擬機的遷移對訪問者無感知。同時根據(jù)云計算平臺的遷移功能，在高峰時段，可以將虛擬機業(yè)務(wù)分布在不同的計算節(jié)點，避免單物理節(jié)點負載過重，在業(yè)務(wù)的波谷時段，可以將虛擬機集中在單臺或少數(shù)幾臺物理節(jié)點，對其他服務(wù)器進行下電，達到節(jié)能降耗的目的。

3云計算環(huán)境下分布式緩存架構(gòu)分析

3.1服務(wù)器為核心的結(jié)構(gòu)

以服務(wù)器為主的系統(tǒng)架構(gòu)主要是通過網(wǎng)線將服務(wù)器中的設(shè)置的所有網(wǎng)卡進行關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中服務(wù)器不僅要對數(shù)據(jù)進行安全的處理和保存，還要對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)提供有效的支持?；诜?wù)器之上的系統(tǒng)架構(gòu)在線路的連接與架構(gòu)組成上極為的簡便快捷，無須交換機等硬件設(shè)施，促使服務(wù)器與底層網(wǎng)絡(luò)進行良好的交互，從而能夠為路由算法進行有效的開發(fā)與應(yīng)用。然而這種結(jié)構(gòu)也存在一定的不足，例如：鏈路紛繁復雜，服務(wù)器需要大量的計算資源提供支持，服務(wù)器的負載壓力不斷上升，必然會使服務(wù)器的整體計算效率降低，如此就會促使成本的升高、性能降低等問題。

3.2交換機為核心的結(jié)構(gòu)

以往的數(shù)據(jù)緩存基本離不開交換機的支持，在云計算還沒有完全普及時，部分用戶還是利用交換機來發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的作用，換而言之交換機就是用戶連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的橋梁。如此基于交換機之上的架構(gòu)存儲技術(shù)均為樹形結(jié)構(gòu)，其涉及的內(nèi)容主要有三個部分：聚合層、邊緣層和核心層。樹形結(jié)構(gòu)相對而言有著極為明顯的優(yōu)勢，不僅具備高效的方法、簡易的鏈接、較強的拓展性等。但是以交換機為基礎(chǔ)的架構(gòu)也有著一定的不足，例如：有限的存儲空間、陳舊的存儲技術(shù)等。但是在數(shù)據(jù)緩存過程中，可對數(shù)據(jù)處理與緩存方面進行優(yōu)化，促使操作過程更加的靈活、高效。

3.3服務(wù)器與交換機相結(jié)合的結(jié)構(gòu)

以服務(wù)器為中心以及以交換機為中心的系統(tǒng)架構(gòu)都存在不足，若能夠?qū)烧哌M行有效的結(jié)合，組成一個混合式的結(jié)構(gòu)就能夠彌補單一式架構(gòu)存在的不足，從而將兩者的優(yōu)勢充分地發(fā)揮出來。這種混合的結(jié)構(gòu)模式的主要優(yōu)勢在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、路由成本、可擴展性、構(gòu)建成本上均有體現(xiàn)?；旌鲜降南到y(tǒng)架構(gòu)可通過交換機和服務(wù)器提供數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性以及隨意性得到提高。但是針對其可擴展性而言，方此種混合式結(jié)構(gòu)受服務(wù)器網(wǎng)卡設(shè)置數(shù)目的影響，同時數(shù)據(jù)中心的節(jié)點規(guī)模也是存在一定限制的;針對構(gòu)建成本方面而言，混合結(jié)構(gòu)可將交換機結(jié)構(gòu)與服務(wù)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢更好地體現(xiàn)出來，在保證使用性能的基礎(chǔ)上減少運行所需的成本。

4分布式緩存技術(shù)存在問題

在分布式緩存的運行過程中，存儲空間不足的現(xiàn)象會經(jīng)常出現(xiàn)，此時，緩存系統(tǒng)會對部分緩存的對象進行主動的釋放，從而使存儲空間得到增加。一旦沒有足夠的空間，緩存的對象即使尚未過期也將被釋放。分布式緩存的淘汰策略分為FIFO、LRU和LFU三種。FIFO是一種簡單的消除策略，緩存對象以隊列形式存儲在緩存中，如果沒有足夠的空間，則釋放隊列的頭（首先緩存）對象，通常由鏈表方式實現(xiàn);LRU是一個基于訪問時間的淘汰策略，若無足夠的空間，將釋放最長時間未到達（最久未被訪問）的對象，通草用優(yōu)先級隊列實現(xiàn);LFU是根據(jù)最近訪問頻率消除最近最少被訪問對象的策略，若無足夠的空間，則將釋放最近最少被訪問的對象，該算法通常也通過優(yōu)先級隊列實現(xiàn)。但是由于分布式緩存中工作節(jié)點的內(nèi)存資源有限，對于本地存儲龐大的數(shù)據(jù)輸出，可能出現(xiàn)查詢數(shù)據(jù)無法一次性加載到內(nèi)存中，從而進行多次數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，而內(nèi)存與磁盤的數(shù)據(jù)傳輸又會增加查詢?nèi)蝿?wù)的執(zhí)行時間并降低查詢效率，所以對于一些輕量級數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)，大多數(shù)數(shù)據(jù)庫查詢請求是對某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)屬性的頻繁查詢處理，因此，在將數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存的過程中，盡可能將經(jīng)常處理的屬性數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中是數(shù)據(jù)庫查詢的主要目標，并且可以調(diào)整高頻率數(shù)據(jù)的查詢機會，從而提高數(shù)據(jù)庫查詢處理的效率。

5分布式緩存技術(shù)的發(fā)展方向

（1）加大研究基于糾刪碼的技術(shù)：云計算環(huán)境下，一些數(shù)據(jù)放置方法都比較簡單，且都以復制容錯技術(shù)為針對目標。實際工作中對基于糾錯碼的放置技術(shù)的研究力度不夠，無法滿足數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)的要求，導致該技術(shù)的容錯性低和數(shù)據(jù)訪問效率低，因此要研究出基于糾錯碼的放置技術(shù)，從而符合實際的操作需要，節(jié)約資源，降低成本嘲。（2）改善數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：不同的應(yīng)用具有不同的特性，各種數(shù)據(jù)的訪問方式會隨著應(yīng)用變化而變化。在未來，人們可以根據(jù)數(shù)據(jù)訪問方式的多樣化，科學構(gòu)建有著高效控制能力的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)吞吐量。（3）降低能耗成本：為了降低數(shù)據(jù)中心的成本，可以對存儲應(yīng)用的數(shù)據(jù)訪問模式進行研究，將數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的不必要鏈路以及交換機關(guān)閉，在數(shù)據(jù)的容錯性能以及效率不受到影響的前提下，達到節(jié)能的效果。

6結(jié)束語

當前網(wǎng)絡(luò)科技已在全國范圍內(nèi)推廣、普及，基于信息技術(shù)的企業(yè)發(fā)展就是要通過技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理和保存，在此背景下云計算的出現(xiàn)大大改善了數(shù)據(jù)存儲的環(huán)境，其能夠?qū)嫶蟮臄?shù)據(jù)節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行有效的關(guān)聯(lián)，繼而構(gòu)建規(guī)模更大的數(shù)據(jù)中心，使得數(shù)據(jù)的處理與存儲更加的方便與安全?；谠朴嬎愕姆植际骄彺婕夹g(shù)需要針對存在的問題不斷加強研究，從而為數(shù)據(jù)存儲的安全性和穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。

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作者簡介：黃柳婷（1987-），女，廣西橫縣人，本科，主要從事CDN運營管理，互聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量運營分析管理方面的工作。