云计算环境下分布式缓存技术的现状与挑战

王乔平

引言：随着科技的进步，计算机技术也在飞速的发展，近些年越来越多的领域开始应用分布式的缓存技术，使其并受到了学术界的一致好评。但是分布式缓存技术在云环境下也面临着许多问题。分布式缓存技术推动了计算机的蓬勃发展，建立了一个在云计算环境下的计算机领域。本文就从分布式缓存技术的特点、现状、存在的问题和面临的挑战进行阐述[1]。

前言：二十一世纪人类进入了互联网时代，在信息技术快速发展的今天，计算平台成为了通过互联网实现信息技术传递的基础。分布式的缓存技术具有可靠性高，扩展性强、吞吐性大等特点，为计算机数据的传输提供了有利的支撑，成为了互联网平台云结构底层支持的基础。接下来，本文将对分布式缓存进行详细分析，为计算机技术的完善提供借鉴。

一、云计算的安全及其影响

随着计算机技术的全面发展，近几年，云计算这个名词备受关注，成为了人们热议的话题，并且在学术界、政府、商界都给予较大的肯定。云计算可以体现互联网就是计算机技术的思想，云计算可以将丰富的计算机资源联系在一起，组成一个巨大的计算机模式。云计算也可以为计算机用户随时的进行服务，为IT服务的便利提供无限的可能。云计算因其方便、快捷、经济等优势得到了越来越多企业的瞩目，不仅能将IT业从复杂的工作中解救出来，还能使IT技术更加专注自身核心业务的发展[2]。

但是，目前云计算面临着最关键的问题就是安全性问题，随着云计算应用的越来越广泛，安全问题越来越得到了人们的重视。人们开始对云计算的安全问题进行担忧，有的客户也不得不暂停云计算的使用。在这期间云计算的确出现了一些负面的新闻，如：2009年2月和7月亚马逊网络的瘫痪问题，以及2009年3月谷歌用户信息泄密事件，这些都不得不使人们重新思考云计算面临的安全问题。

二、分布式缓存技术的现状和特点

（一）分布式缓存的结构

分布式缓存技术是采用网状的连接方式将互联网之间的服务器进行连接，数集可以在互联网之间通过数据多副本机制传输。分布式缓存可以实现无中心化的操作控制台，可以在任何一个服务器上登陆以实现对集群的访问、数据的控制、实时的监控等，并且通过操作维护台可以对集群的软件进行升级、配置等服务[3]。

（二）分布式缓存的扩展性

分布式缓存可以实现对数据的高吞吐性，通过低延时的访问服务，对数据服务增加节点从而为数据的处理能力进行扩充，并且扩充的应用访问高度透明。例如：将已有的节点A上增添新的数据的数据，可以将B的数据直接添加到节点A上，通过命令指令的传输与传送，实现数据的交换，不断的对数据进行整合，从而实现将B的数据扩张到A节点上。

分布式缓存具有扩展性高这样的性能可以使数据得到有效地扩展，实现数据空间的最大化，这样可以更好的对数据进行整合处理，为数据的有效传输和储存提供帮助。

（三）分布式缓存的可靠性

在互联网工作中，数据的可靠性是十分重要的，分布式缓存就是这样一个具有高可靠性的工具。通过使用副本机来实现数据的可靠性能。数据缓存具有N、R、W原则，N代表数据的副本数，R代表读取多少副本才能认为读成功，W写了多少副本才能认为写成功，这三量有这样一个关系：当W+R>N时，可以认为系统是可靠的[4]。

在N、R、W原则中，数据各节点的IP是按照大小组成的有序的循环表，根据第一个节点来寻找其它活着的节点作为备节点，在没有故障发生的情况下，协同器是路由的第一个节点，如果协同器节点发生故障，客户可以选择下一个活着的节点作为协同器，这样通过在保证数据的一致性的基础上，实现数据的可靠性，来保证数据的安全。

（四）分布式缓存的性能特点

众所周知，分布式缓存具有高性能的特点，正是由于这样的特点可以保证数据的有效传输。分布式缓存平台采用同步接口和异步接口来实现数据的处理。同步接口在服务端实行执行成功返回命令后，可以使客户端应用返回。异步接口则是通过回调函数的方式来确定应用实行。

影响服务端性能的因素有很多，如：线粒锁的粒度、执行效率、内存的组织访问方式等。经过反复的实验测试，分布式缓存具有的高性能特点可以对数据的试行进行有力的帮助。

（五）分布式缓存技术的数据一致性

分布式缓存数据的一致性是通过控制数据值副本的一致性来实现数据版本的向量控制，即使数据被传送到不同节点上，仍然可以实现数据的一致性。

在对数据进行操作时，要得到整个副本版号的实际情况，来确保写入数据后保持版本的一致性和最新性。在操作的过程中，协同器获取全部的副本版号，通过确定副本版号是否一致，来界定读取的正误，进而对版本进行更新，为下次的任务做好铺垫。

三、分布式缓存技术面临的挑战

（一）缓存服务性能隔离的挑战

在多个用户运用服务器的场景下，资源竞争会无法满足其中一部分的租户的服务质量，也就存在性能干扰的问题。上述的现象叫做资源的劫持，就是在多租户的环境中出现了资源被霸占的情况，所以如何对各个用户之间采取保障性能的隔离手段成为了重要问题之一。每个用户对资源的需求都不相同，这需要最大限度的提高资源的利用率，确保可满足每个用户的实际需求。由此可见，面向多租户的缓存服务性能已经成为了当前缓存技术面临的挑战。

（二）缓存策略的适应及管理

缓存策略的制定是根据不同的场景进行的有针对性的设计，分为替换策略、一致策略等。缓存的适应机制是为了进一步完善系统服务性能，提高缓存的适应性。目前，缓存策略面临着两个挑战，一个自适应问题，一个是管理问题。

计算机的专业人才运用跟踪驱动模拟的方法对每个互联网文件进行最优策略，提出了一种新的算法可以降低空规模，并且优化性能，但需要以牺牲准确率为代价。

结论：综上所述，在解决云计算安全的前提下，对云计算环境下分布式缓存技术的进行优化使信息能够准确、快捷、安全的进行传输。要结合分布式缓存技术面临的现状和挑战，逐步完善缓存式技术的应用，使互联网市场更加繁荣。

参考文献

[1]刘义，陈荦，景宁.基于R-树索引的Map-Reduce空间连接聚集操作[J].国防科技大学学报，2013，01（10）：136-141.

[2]王攀峰，张涛.基于云计算模型的气象信息服务系统研究[J].计算机工程与设计，2013，10（15）：3717-3721.

[3]郭栋，王伟，曾国荪.基于Memcached的缓存资源集中管理方法[J].计算机技术与发展，2013，12（18）：62-65.

[4]温剑锋.大数据背景下基于云技术的高校移动学习平台构建研究[J].柳州师专学报，2013，06（20）：129-132.

（作者单位：天津市大港油田第一采油厂）