基于自适应反馈思想的缓存系统分流优化方案研究

论文摘要

代理缓存( Proxy Cache )是一种减少数据重复传输,加快网络对用户请求响应速度的重要技术。它对用户提供透明的数据缓存服务,不影响现有网络结构。在用户群边缘设置代理缓存系统,能够大幅减小用户群间的网络流量。P2P网络中采用代理缓存技术,可以显著降低P2P应用的带宽占用,并使用户获得更好的服务质量。Proxy Cache已有许多优秀的缓存替换算法,但这些算法并没有对用户请求进行优先级区分。这使得P2P Proxy Cache出现服务瓶颈时,无法优先对用户集中的P2P资源提供服务。此外,P2P应用具有数据量大、连接时间长的特点,也对优化方案提出了新的要求。因此,需要根据其特点研究系统的解决方案和优化算法,使P2P Proxy Cache能够优先服务热门资源,并保证冷门资源的用户体验。本文基于P2P Proxy Cache系统改进研究,以解决缓存系统的服务能力瓶颈为目的。在探讨P2P选路方式的基础上,实现了基于反馈思想的分流优化方案。该优化方案主要包含以下几个方面:1、本文采用了路由环节分流用户请求的策略,目的是使系统服务集中于热门资源。热门服务进程越多,系统性能越能得到提升。因此对于热门资源请求,P2P Proxy Cache为其提供服务;对于冷门资源的请求,系统将其转发至数据源。2、本文实现了自适应反馈的控制机制。已缓存资源能显著提高系统吞吐率,但P2P Proxy Cache分流结构没有合理利用资源的缓存信息。因此,文中通过缓存环节的信息反馈,使得系统路由环节能有效地控制用户请求。3、本文提出并实现了一种资源价值评价的近似最优算法。该算法结合了组合最优化原理和时间复杂度的要求,并能自适应用户行为的变化。通过其对资源的冷热程度做出合理判定,从而正确引导路由环节进行请求分流。根据上述优化方案的思路,论文在原有P2P Proxy Cache的基础上,实现了反馈控制系统。文中搭建实验环境对反馈控制系统的功能进行了测试,并模拟了资源评价算法。实验结果验证了系统能自适应用户请求的动态变化;同时,资源评价算法能够提升系统的处理能力,从而改善了系统性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 工作及论文结构
• 第二章 P2P Proxy Cache 背景技术
• 2.1 Proxy Cache 技术
• 2.1.1 网络缓存技术概述
• 2.1.2 Proxy Cache 的实现形式
• 2.1.3 Proxy Cache 技术的发展
• 2.2 P2P 技术背景知识
• 2.2.1 P2P 技术概述
• 2.2.2 P2P 技术的特点
• 2.2.3 P2P 技术的应用领域
• 2.2.4 P2P 网络的结构特点
• 2.2.5 P2P 路由技术的研究
• 2.3 Cache 优化技术及思路分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 Proxy Cache 系统优化研究
• 3.1 Proxy Cache 的优化分析
• 3.1.1 Proxy Cache 的系统结构
• 3.1.2 Proxy Cache 的问题分析
• 3.1.3 Proxy Cache 的优化方案
• 3.1.4 Proxy Cache 的改进难点
• 3.2 Proxy Cache 分流结构设计
• 3.2.1 分流方案的统计学原理
• 3.2.2 缓存系统分流结构设计
• 3.2.3 部分分流的结构问题
• 3.2.4 部分分流的改进分析
• 3.3 Proxy Cache 的反馈控制
• 3.3.1 自适应反馈控制原理
• 3.3.2 分流系统的反馈控制分析
• 3.4 热门资源集合的构建分析
• 3.4.1 背包问题的引入
• 3.4.2 热门集合的理论抽象
• 3.4.3 热门集合的最优求解分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 反馈分流系统的整体设计与实现
• 4.1 设计目标
• 4.2 设计思想
• 4.3 反馈控制系统的整体设计
• 4.3.1 P2P 缓存系统的结构与流程
• 4.3.2 反馈系统整体结构设计
• 4.3.3 反馈系统功能模块设计
• 4.4 反馈分流系统流程设计
• 4.5 缓存系统各环节改进设计
• 4.5.1 Redirector 的功能设计
• 4.5.2 Cache Srv 的功能设计
• 4.6 接口的设计与实现
• 4.6.1 Comm 通信接口
• 4.6.2 Redirector 内核接口
• 4.7 本章小结
• 第五章 热门表管理模块的设计与实现
• 5.1 设计目标
• 5.2 设计思想
• 5.3 热门评价算法的工程设计
• 5.3.1 背包问题与热门列表
• 5.3.2 热门表项的价值评估
• 5.3.3 近似最优的算法设计
• 5.4 热门表管理模块工作流程设计
• 5.4.1 热门列表的生成流程设计
• 5.4.2 热门列表算法的不足
• 5.5 热门表管理模块的工程实现
• 5.5.1 统计信息更新流程的设计
• 5.5.2 主要数据结构的设计与实现
• 5.5.3 统计信息排序算法的设计与实现
• 5.5.4 内存管理技术
• 5.5.5 资源属性的变化过程
• 5.5.6 无效资源控制的实现分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 反馈分流机制的验证及分析
• 6.1 概述
• 6.2 反馈控制模型功能实验
• 6.2.1 实验环境
• 6.2.2 数据采集以及数据分析
• 6.2.3 实验小结
• 6.3 热门评价算法的分流性能实验
• 6.3.1 实验环境
• 6.3.2 参数设计
• 6.3.3 数据采集以及数据分析
• 6.3.4 实验小结
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结及后续研究工作
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 后续研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果