云计算环境下分布式缓存技术存在的问题探讨

随着互联网渐渐融入人们的生活，愈发庞大的用户规模和数据规模对系统性能提出了更高的要求，因此，在其中起重要作用的缓存技术在系统应用中的应用越来越广泛。本文介绍了分布式缓存概述以及云计算分布式部署业务的优势，分析了云计算环境下分布式缓存技术的架构以及淘汰策略，并且提出了未来发展方向，从而提高数据存储的可靠性。

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1分布式缓存概述

社会的发展，用户需求的变化，都极大的促进了分布式数据储存技术的变革和发展。归纳而言，分布式数据储存技术的发展主要经历了本地式缓存、分布式缓存系统、弹性缓存平台以及弹性应用平台等阶段。由于分布式数据缓存技术是云计算平台的基础，因此在面对不断攀升的数据规模和用户规模的背景下，需要在合理控制成本的基础上，提高分布式数据储存的性能。

2云计算分布式部署业务的优势

根据云计算平台的特性，通过云计算平台分布式部署业务主要有如下的优势（1）负载均衡，多台虚拟机分担业务流量业务承载以虚拟机形式，负载均衡仍采用原来的方式，通过负载均衡将业务负载分担在不同的业务虚拟机上，常用的负载均衡发生在局域网内部，常用的软件有 Nginx/ HAProxy/F5/LVS 等。（2）虚拟机亲和性，保障高等级虚拟机使用高性能物理服务器通过云计算平台自身对物理主机的亲和性，可以将业务虚拟机绑定在指定的物理机主机上，即使虚拟机上电后仍然会优先启动在绑定的物理节点上，建立虚拟机资源和物理资源的对应关系，可以有效的保障高等级虚拟机运行在高性能服务器上。（3）虚拟机聚合性，避免流量风暴云计算平台聚合性功能，可以绑定两台或多台虚拟机作为聚合组，将其部署在指定的物理节点上，建立虚拟机与虚拟机之间的业务聚合组之后，虚拟机与虚拟机的流量在物理节点内部完成，使交互较多的虚机尽量分布在同一个物理节点上，减少跨物理节点的网络流量。（4）虚拟机背离性，跨物理节点的集群分布云计算平台背离性功能，可以设置两台或多台虚拟机背离性，作为互斥的虚拟机组，可以设置虚拟机部署在不同物理节点上，有效的减少物理节点的单点故障对虚拟机业务的影响。（5）迁移，利用云计算平台自身的迁移功能，可以实现业务的灵活迁移，保持IP地址不变，虚拟机的迁移对访问者无感知。同时根据云计算平台的迁移功能，在高峰时段，可以将虚拟机业务分布在不同的计算节点，避免单物理节点负载过重，在业务的波谷时段，可以将虚拟机集中在单台或少数几台物理节点，对其他服务器进行下电，达到节能降耗的目的。

3云计算环境下分布式缓存架构分析

3.1服务器为核心的结构

以服务器为主的系统架构主要是通过网线将服务器中的设置的所有网卡进行关联的结构。在此结构中服务器不仅要对数据进行安全的处理和保存，还要对数据包的转发提供有效的支持。基于服务器之上的系统架构在线路的连接与架构组成上极为的简便快捷，无须交换机等硬件设施，促使服务器与底层网络进行良好的交互，从而能够为路由算法进行有效的开发与应用。然而这种结构也存在一定的不足，例如：链路纷繁复杂，服务器需要大量的计算资源提供支持，服务器的负载压力不断上升，必然会使服务器的整体计算效率降低，如此就会促使成本的升高、性能降低等问题。

3.2交换机为核心的结构

以往的数据缓存基本离不开交换机的支持，在云计算还没有完全普及时，部分用户还是利用交换机来发挥数据中心的作用，换而言之交换机就是用户连接网络系统与数据中心的桥梁。如此基于交换机之上的架构存储技术均为树形结构，其涉及的内容主要有三个部分：聚合层、边缘层和核心层。树形结构相对而言有着极为明显的优势，不仅具备高效的方法、简易的链接、较强的拓展性等。但是以交换机为基础的架构也有着一定的不足，例如：有限的存储空间、陈旧的存储技术等。但是在数据缓存过程中，可对数据处理与缓存方面进行优化，促使操作过程更加的灵活、高效。

3.3服務器与交换机相结合的结构

以服务器为中心以及以交换机为中心的系统架构都存在不足，若能够将两者进行有效的结合，组成一个混合式的结构就能够弥补单一式架构存在的不足，从而将两者的优势充分地发挥出来。这种混合的结构模式的主要优势在网络结构、路由成本、可扩展性、构建成本上均有体现。混合式的系统架构可通过交换机和服务器提供数据的路由转发功能，从而使网络结构的灵活性以及随意性得到提高。但是针对其可扩展性而言，方此种混合式结构受服务器网卡设置数目的影响，同时数据中心的节点规模也是存在一定限制的;针对构建成本方面而言，混合结构可将交换机结构与服务器结构的优势更好地体现出来，在保证使用性能的基础上减少运行所需的成本。

4分布式缓存技术存在问题

在分布式缓存的运行过程中，存储空间不足的现象会经常出现，此时，缓存系统会对部分缓存的对象进行主动的释放，从而使存储空间得到增加。一旦没有足够的空间，缓存的对象即使尚未过期也将被释放。分布式缓存的淘汰策略分为FIFO、LRU和LFU三种。FIFO是一种简单的消除策略，缓存对象以队列形式存储在缓存中，如果没有足够的空间，则释放队列的头（首先缓存）对象，通常由链表方式实现;LRU是一个基于访问时间的淘汰策略，若无足够的空间，将释放最长时间未到达（最久未被访问）的对象，通草用优先级队列实现;LFU是根据最近访问频率消除最近最少被访问对象的策略，若无足够的空间，则将释放最近最少被访问的对象，该算法通常也通过优先级队列实现。但是由于分布式缓存中工作节点的内存资源有限，对于本地存储庞大的数据输出，可能出现查询数据无法一次性加载到内存中，从而进行多次数据传输的情况，而内存与磁盘的数据传输又会增加查询任务的执行时间并降低查询效率，所以对于一些轻量级数据管理业务，大多数数据库查询请求是对某些关键数据属性的频繁查询处理，因此，在将数据加载到内存的过程中，尽可能将经常处理的属性数据加载到内存中是数据库查询的主要目标，并且可以调整高频率数据的查询机会，从而提高数据库查询处理的效率。

5分布式缓存技术的发展方向

（1）加大研究基于纠删码的技术：云计算环境下，一些数据放置方法都比较简单，且都以复制容错技术为针对目标。实际工作中对基于纠错码的放置技术的研究力度不够，无法满足数据中心结构的要求，导致该技术的容错性低和数据访问效率低，因此要研究出基于纠错码的放置技术，从而符合实际的操作需要，节约资源，降低成本嘲。（2）改善数据网络结构：不同的应用具有不同的特性，各种数据的访问方式会随着应用变化而变化。在未来，人们可以根据数据访问方式的多样化，科学构建有着高效控制能力的数据结构，增加系统吞吐量。（3）降低能耗成本：为了降低数据中心的成本，可以对存储应用的数据訪问模式进行研究，将数据中心网络中的不必要链路以及交换机关闭，在数据的容错性能以及效率不受到影响的前提下，达到节能的效果。

6结束语

当前网络科技已在全国范围内推广、普及，基于信息技术的企业发展就是要通过技术对数据进行处理和保存，在此背景下云计算的出现大大改善了数据存储的环境，其能够将庞大的数据节点与网络设备进行有效的关联，继而构建规模更大的数据中心，使得数据的处理与存储更加的方便与安全。基于云计算的分布式缓存技术需要针对存在的问题不断加强研究，从而为数据存储的安全性和稳定性奠定基础。

参考文献

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[3]屠要峰，刘辉，张国良，刘春.一种分布式缓存系统的关键技术及应用[J].计算机科学，2018，45（05）：156-162.

[4]陈迪.云计算环境下内存数据库的应用与优化[D].电子科技大学，2018.

作者简介：黄柳婷（1987-），女，广西横县人，本科，主要从事CDN运营管理，互联网质量运营分析管理方面的工作。