[发明专利]一种云存储系统元数据缓存替换方法

说明书

本发明公开了一种云存储系统元数据缓存替换方法，在元数据缓存系统中，当一个元数据请求到时，获取该资源的所有信息，对每一个缓存资源进行缓存保留值评估，找出缓存保留值最小的资源进行替换。评估因素主要包含资源访问热度、资源大小以及资源分享频率。本发明能有效缓解元数据服务器的负载压力，响应速度更快，从而增强用户的体验感。

技术领域

本发明是一种云存储系统中元数据缓存替换策略，主要用于缓解元数据服务器的压力，提高缓存利用率。属于云存储和元数据缓存替换领域。

背景技术

随着互联网科技以及计算机技术的不断发展，用户对于信息的需求急剧增多，一方面服务器所存储的数据量呈指数级增长，另一方面用户的请求也不断上升，尤其是对于元数据服务器的请求，导致响应时间越来越长。在上述问题下，缓存技术能有效缓解元数据服务器的压力，缩短响应时间，在各类技术中有着越来越广泛的应用。

云存储这一概念是由云计算衍生和发展而来的，云存储作为一种新兴的网络存储技术，主要通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能。简单来说，云存储就是将用户所需储存的资源存放到云上，在用户需要用的时候再读取出来。同时使用云存储还能有效缓解企业资金压力，用相对低的成本实现资源的有效存储。

缓存这一技术在最早被提出是为了缓解CPU和输入输出设备速度不匹配的问题，随着Internet的快速发展，用户的请求量呈指数剧增，尤其是元数据服务器的负载压力越来越大，请求响应时间越来越长，严重影响用户的浏览体验；缓存技术渐渐引入到网络中，用以缓解服务器的负载均衡，从而加快响应速度，提高用户体验。缓存替换策略作为缓存技术中的一个分支，对于缓存管理有着重要的作用。目前主要存在三种策略：基于时间的策略、基于频率的策略和基于时间和频率相结合的策略。

1)基于时间特性的策略。常见的策略有MIN算法、FIFO算法、LRU算法。MIN算法又叫最优替换算法，选择一个最合适的缓存数据进行淘汰，该数据是以后不会再被访问的，难以实现；FIFO算法采用队列中先进先出的思想，将先进入缓存的资源淘汰，实现起来比较容易；LRU算法又叫近期最少使用算法，选择缓存中最近很长一段时间未被访问资源淘汰。

2)基于频率特性的策略。常见的策略有LFU算法和FBR算法。LFU算法的核心思想就是将最近一段时间内访问次数最少的资源进行替换，但对系统的性能开销较大；FBR算法是基于LRU栈结构的算法，它把LRU栈自顶向下分为三个大小保持不变的区域：新区域、中间区域和旧区域，当缓存资源不够时，将位于旧区域中并且访问次数最小的那个数据块淘汰。

3)基于时间和频率相结合的策略。常见的策略有LRFU算法和2Q算法。LRFU算法通过权值函数中的权重因子R来决定使用的策略是LRU还是LFU。2Q算法由两条队列构成，2Q算法在小容量的缓存下性能略优于LRU算法，但随着缓存容量的增大，其整体性能却逐渐下降。

不同的需求下，缓存替换的策略是不相同的。本发明综合考虑了资源访问热度、资源大小以及资源分享频率这三个因素，提出一种新的元数据缓存替换的策略。

发明内容

发明目的：随着互联网的发展以及用户的不断增多，元数据服务器接受的请求也变得空前巨大，如果不加以管理，元数据服务器必然面临崩溃，同时大量的请求必然消耗大量的网络资源，不利于长久的发展。现有的分布式系统中已经大量引入了缓存技术，而其中最常用的缓存策略便是把最近频繁访问的元数据放在缓存中，这样大大降低元数据服务器的负载压力，但同时也存在缓存空间不足时该如何替换、脏数据该如何处理等问题。针对这些问题，本发明综合考虑缓存替换策略中三个关键因素，提出一种云存储系统元数据缓存替换方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种云存储系统元数据缓存替换方法，包括以下步骤：