面向网络流量的缓存替换算法比较与分析

缓存替换算法对优化网络处理应用的性能起到关键作用，但目前面向网络流量的缓存替换算法研究主要集中在算法设计和领域应用方面，较少有文献对现有的缓存替换算法在网络环境下的性能进行分析比较。对此，本文针对主要的6种缓存替换算法进行分析和比较。通过分析网络流量的新近度与频度特征，为基于最近最少使用(Least Recently Used, LRU)和最近最不常使用(Least Frequently Used, LFU)的缓存替换算法给出实际依据。对仿真环境和实际系统的实验结果表明，类LRU算法较LFU算法更适用于网络流量，而缓存空间较大时，随机替换算法较LRU算法更适用于多核环境。     

NDN中基于蚁群替换算法的邻居协作缓存管理策略

为提高NDN(命名数据网络)中的缓存利用率,提出了一种基于蚁群替换算法的邻居协作缓存管理(ACNCM)策略。首先将单节点的缓存替换问题,建模为0/1背包问题,并根据缓存数据的大小、使用频率以及邻居副本深度等信息定义本地存储内容的缓存价值,提出基于蚁群算法的缓存替换算法。然后利用邻域协作的思想,通过路由节点之间定期交换自身节点的缓存信息,对单个节点替换出去的缓存内容,选择邻居节点完成协作式缓存管理。实验结果表明,ACNCM策略在缓存命中率、网络开销和平均响应时延方面均优于现有方法。     

Partition-Based Cache Replacement to Manage Shared L2 Caches

The Least recently used （LRU） replacement has been widely employed by on-chip shared caches. With the increase of cache associativity, the performance gap between LRU and theoretical optimal replacement algorithm is significant, motivating us to design alternative replacement algorithms to improve cache performance. We propose a Partltlon-based cache replace- ment （PCR） algorithm to manage multi-core shared L2 caches. PCR takes into consideration recency and fre- quency information of cache access, and cache resource interference among multiple competing applications. PCR is effective to flter out the less frequently reused blocks through a dynamic insertion/promotlon policy based on the target partitions~ and ensures that some fraction of the working set is retained in the cache to contribute to more hits. Our evaluation shows that PCR improves performance of an 8-core system by an average of 11.3% over LRU-based cache.     

一种基于LRU算法改进的缓存方案研究与实现

LRU（最近最少使用）替换算法在单处理器结构的许多应用中被广泛使用。然而在多处理器结构中,传统LRU算法对降低共享缓存的缺失率并不是最优的。文中研究了基本的缓存块替换算法,在分析LRU算法的基础上,提出基于LRU算法及访问概率改进的缓存方案,综合考虑最近使用次数和访问频率来决定候选的替换块,增强了替换算法对多处理器的适应性。     

基于预测的Web缓存替换策略

为提高Web缓存性能，在缓存替换算法的基础上加入预测机制，提出了基于预测的Web替换策略P-Re。预测算法采用PPM上下文模型，当缓存空间不够用来存放新的对象时，P-Re选择键值较小且未被预测到的对象进行替换。实验表明，基于预测的Web缓存替换算法P-Re相对于传统替换算法而言具有较高的命中率和字节命中率。     

缓存替换算法研究综述

缓存技术作为提高系统性能的重要手段一直是研究的热点。随着网络存储等新技术的出现，存储的层次越来越复杂，原有的简单缓存管理技术已经不合适日趋复杂的应用。频率和时间综合考虑的缓存替换方法、多级缓存的替换技术成为研究的热点。本文综述了缓存替换算法的研究现状，首先介绍传统简单的缓存替换算法及其存在的局限性，而后对单级缓存算法和多级缓存算法当前最新的研究进行了介绍。最后对研究的趋势进行了简单的展望。     

流媒体代理服务器缓存替换算法研究

采用代理服务器缓存技术解决了流媒体在Iternet上传输时带宽对传输质量的影响,并对代理服务器的体系结构及高速缓存的替换算法进行了研究.     

一种面向工业边缘计算应用的缓存替换算法

工业应用对数据传输的确定性有严格要求,有必要通过合理的缓存策略保障工业边缘网络的实时服务性能保障.首先面向工业边缘计算应用场景阐述了边缘缓存问题模型.然后分析了工业应用中用户请求的动态性特点,结合工业用户请求的特征属性,给出用户请求内容流行度变化的预测方法.在此基础上提出了基于属性特征流行度预测的缓存替换(combing periodic popularity prediction and size caching strategy,PPPS)算法,根据最近周期窗口内主导属性特征的热度预测值,和尺寸参数一起确定缓存内容价值.实验结果表明:与MPC(most-popular content)、贪婪双尺寸(greedy dual size,GDS)、最近最久未使用(least recently used,LRU)、最近最少访问频次(least frequently used,LFU)、先进先出(first in first out,FIFO)这5种经典算法相比,提出的PPPS算法在缓存命中率和平均延迟2种性能指标下,在不同的用户请求模型、内容大小分布、内容种类参数下均取得最优性能,有效提升了边缘缓存的命中率,提高了缓存利用效率,降低了用户请求内容的延迟.     

MySQL缓冲区自适应管理仿真研究

由于MySQL使用配置参数的方式调节线性预读的阈值以及冷热LRU算法的冷热比例,导致缓冲区存在性能瓶颈。针对以上问题,提出一种缓冲区自适应管理的方法,该方法通过遗憾最小化的强化在线学习技术设计了自适应阈值调整算法以及自适应冷热缓存替换算法。首先,对MySQL中的预读算法以及冷热缓存替换算法进行深入研究,明确了预读阈值以及冷热比例大小对两种算法的具体影响;其次,通过FIFO历史队列以及增加辅助字段的方式,设计了一套参数评估流程,实时评估当前参数是偏大或偏小;最后,设计了一种参数调整模型,该模型利用MySQL原生的预读算法以及缓存替换算法的性能监控指标,实现对参数的合理调整。在FIU数据集上进行了900组仿真实验,实验表明,相较于MySQL原生的基准预读算法以及冷热缓存算法,自适应后的两种算法能够在基本不牺牲算法运行速度的基础上,有效减少8%的磁盘I/O以及增加24%的缓存命中率;相对于最新的缓存替换算法,自适应后的冷热缓存替换算法在保证缓存命中率的前提下,将速度提升至1.6倍。     

基于协同过滤的Web缓存替换算法研究

针对GDSF替换算法中对访问频率缺少预测的不足,提出了一种基于协同过滤的GDSF缓存替换算法(GDSF-CF)。该算法考虑了Web对象之间相似性与用户访问时间间隔,运用协同过滤算法生成Web对象的预测访问频率,并采用齐普夫定律参数对GDSF算法的目标函数进行了改进。当需要进行缓存替换时,利用目标函数价值计算缓存空间中的每个Web对象缓存价值,将最小缓存价值的Web对象进行替换。仿真实验结果表明,该算法的命中率HR和字节命中率BHR都有较大提升。