缓存功能分析

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1、缓存功能分析1.缓存功能：21.1.cachehit21.2.cachemiss21.3・cache的使用场景21.3.1.随机读21.3.2.顺序读31.3.3.随机写31.3.4.顺序写42.缓存算法42.1.LeastFrequentlyUsed(LFU):42.2.LeastRecentlyUser(LRU):42.3.LeastRecentlyUsed2(LRU2):52.4.TwoQueues(2Q):52.5.AdaptiveReplacementCache(ARC):52.6.MostR

2、ecentlyUsed(MRU):62.7.FirstinFirstout(FIFO):62.8.SecondChance：62.9.CLock62.10.Simpletime-based：72.11.Extendedtime-basedexpiration：72.12.Slidingtime-basedexpiration：72.13.缓存策略其他考虑点：73.缓存镜像73.1.缓存镜像内容：83.2.缓存镜像一致性：93.2.1.镜像写9322.镜像删除104.缓存掉电保护104.1.持续供电方法：

3、104.2.写入芯片方法：1143数据保险箱技术：115.磁盘缓存掉电保护：126.大容量缓存+多层cache的缺点：127.附录137.1.存储成本：137.2.失效：137.3.替代策略：131.1.最有替代策略：131•缓存功能:缓存的主要用途，是隐蔽由于磁盘存取的机械性质而产生的较长的服务时间。当前磁盘驱动器的平均存取时I'可以亳秒计，而高性能控制器的缓存存取时间一般小于200微秒。由于磁盘存取花费的时间要比缓存存取多30到40倍，因此高效的缓存算法nJ•以对总体的存储性能产生显著的影响。其次，

4、缓存可以将经常会被访问的数据存储到缓存中，当服务器访问该数据时可以直接进行交互，不必要经过后端复杂传输、查找，提高1效率。1.1.cachehitcachehit也就是指命中数据。如果在缓存中，一个条目通过一个标记被找到了，这个条目就会被使用，我们就叫它缓存命中。所以，命中率也就不难理解了。1.2.cachemisscachemiss就是指错过缓存，也就是需要交互的数据不存在缓存川。这里需要注意两点:1.如果还有缓存的空间，那么，没有命中的对象会被存储到缓存中来。2.如果缓存慢了，而又没有命屮缓存，

5、那么就会按照某-•种策略，把缓存屮的I口对象踢出，而把新的对象加入缓存池。而这些策略统称为替代策略（缓存算法，见2.）,这些策略会决定到底应该踢出哪些对象。1.3.cache的使用场景根据I/O的工作负荷，缓存的使用场景可以分为四个方面：随机读，顺序读，随机写，顺序写。良好的缓存性能不仅取决于缓存数量，还包括是否有针对其中每个方面的算法，以及这些算法的设计和执行的优秀程度。1.3.1.随机读读缓存可以减少重复访问相同数据的磁盘存取。在访问磁盘存储块时，假定（或者希望）会再次访问相同的数据，因此将数据置于

6、缓存屮。如果主机再次访问该数据，则数据可以直接从缓存返回，从而避免磁盘访问。但是，除了小区域内重复访问数据的I/O之外，通常其它磁盘上还进行其它完全随机的I/O操作。如果其它的这些访问发生速率比较高，并且被读入缓存，那么它们就有可能将数据从热点区域置换，其结果就是热点数据错过(miss)缓存。第一种常用方法，是简单地增加缓存数量，期待足够大量的缓存能够使热点数据保留在缓存中，这种方法既成本高昂，又效率不高，最终结果可能是为了保证数十MB热点数据的缓存击中率，需要数十GB的高速缓存。第二种方法是在不会缓存

7、命屮的LUN上禁用读缓存，从而避免其中的数据污染缓存。第三种方法：内置监测缓存命中(cachehit)情况的代码，如果某个LUN的命中率低于某个水平，就会自动禁止该LUN使用读缓存。因此随机访问流不会被读入缓存屮，也不会置换其它数据。但通过数据结构继续监测该LUN的访问，如果缓存能够为访问模式提供帮助，就会重新启用该LUN的读缓存。1.3.2.顺序读一种简单化的处理方法是对每一个请求都提取大量的数据，它背后的想法(或者其中缺少的东西)是读入比被请求更多的数据，这样对数据的下一个顺序请求就已经在缓存中。这

8、种想法有双重谬误。首先，实际上只有很小比例的请求是顺序的，因此读入“额外数据”所花费的附加时间会大大降低所有访问的性能，不管是否是顺序访问。其次，这些不需要的数据保存在缓存屮，再一次导致将其它数据从缓存屮清除。一般来说，这种不必要的缓存清除要再次通过增加大量(不必要的)缓存来处理。另一种算法是采用预取pre-fetch算法。首先不断监测I/O流，搜索顺序访问模式。即使插入非顺序的I/O,也可以检测到顺序I/O流。检测到顺序流，并且在原先请求