[发明专利]一种自适应分类重用距离来捕捉热数据的缓存方法

摘要

本发明公开了一种自适应分类重用距离来捕捉热数据的缓存方法，针对计算机存储领域的缓存策略问题。由于传统的缓存策略方案大多仅考虑数据所反映的新进度(Recency)或频率这两个特性，无法更深层次地捕捉到数据访问所反映的模式特征，加之算法本身不具备有针对捕捉到的数据特征变化而做出自适应调节的能力，因此可能导致了策略的数据命中率和稳定性不高的现象。针对这一问题，本缓存方法通过利用数据的重用距离特征和缓存替换的元数据历史信息来深度挖掘数据访问模式的特征，并以一种自适应的方式处理这种热数据识别和缓存时间分配的过程，从而达到提升算法命中率的目的。

主权项

1.一种自适应分类重用距离来捕捉热数据的缓存方法，其特征在于，所述的缓存方法包括缓存区域划分、负载数据流数据类型识别及不同类型数据的缓存分配，其中，所述的缓存区域划分具体如下：将整个缓存依据新进度、频率和重用距离特征，分为三个区域：潜在热数据区域R、短重用距离热数据区域S、长重用距离热数据区域L；整个缓存具有实际缓存栈和幽灵缓存栈两种类型的缓存栈，实际缓存栈存储真实数据和元数据，幽灵缓存栈则仅仅存储元数据，并且实际缓存栈的数据结构为LRU栈结构，而幽灵缓存栈则是先进先出的队列结构；所述的潜在热数据区域R存储最近访问一次的数据，其按照重用距离大小继续分为短重用距离栈R1和长重距离栈R2，短重用距离栈R1为实际缓存栈，长重用距离栈R2为幽灵缓存栈；所述的短重用距离热数据区域S、所述的长重用距离热数据区域L均为热数据区域，其存储最近访问次数大于或等于2次的数据；所述的短重用距离热数据区域S分为S1栈和S2栈，其中S1栈用于存储短重用距离热数据区域，其为实际缓存栈，S2栈用于存储从S1栈驱逐的变冷数据的区域，其为幽灵缓存栈；所述的长重用距离热数据区域L分为L1栈和L2栈，其中L1栈用于存储长重用距离热数据区域，其为实际缓存栈，L2栈用于存储从L1栈驱逐的变冷数据的区域，其为幽灵缓存栈；假设缓存的数据大小为C，其区域大小必须满足如下规定：(1)|R1|≤mC，m∈(0.1,1)；(2)|R1|+|R2|≤C,|S1|+|S2|≤C,|L1|+|L2|≤C；(3)|R1|+|S1|+|L1|≤C；(4)|R|+|S|+|L|≤3C；||符号表示缓存中的数据个数；所述的负载数据流数据类型识别及不同类型数据的缓存分配包括下列步骤：S1、初始时，实际缓存栈和幽灵缓存栈都为空，对于负载数据流中的每一个读请求或者写请求，有且仅有以下三种情况发生：A.实际缓存栈命中；B.幽灵缓存栈命中；C.实际缓存栈和幽灵缓存栈都没有命中，针对这三种情况，当满足A时，则执行步骤S2；当满足B时，则执行步骤S3；当满足C时，则执行步骤S4；S2、当发生实际缓存栈命中时，数据应该被存入到热数据S1栈或者L1栈中，当命中R1栈时，该数据将会从R1栈迁移到S1栈的MRU位置；当命中S1栈或者L1栈时，由于数据本身已经存在于热数据栈中，将数据移动至各自栈的MRU位置即可；S3、当发生幽灵缓存栈命中时，此时需要执行三个步骤：1)根据当前的数据访问变化趋势，调整各类型实际缓存大小的匹配值；2)当实际缓存满时，根据当前各类型实际缓存大小的匹配值决定淘汰哪个实际缓存栈的页面；3)最后当R2栈命中时，该数据将插入到L1栈的MRU端；当S2栈命中时，该数据将插入到S1栈的MRU端；当L2栈命中时，该数据将插入到L1栈的MRU端，同时，命中的幽灵缓存页面都会进行删除；S4、当发生实际缓存栈和幽灵缓存栈均未命中时，如果潜在热数据缓存区域并未满时，数据存储在该栈的MRU位置；否则会出现下面三种情况，第1种情况是潜在热数据区域R或短重用距离热数据区域S或长重用距离热数据区域L满；第2种情况是实际缓存满；第3种情况是上述两种情况未发生时，此时直接将潜在热数据区域的实际缓存栈的LRU端数据迁移至潜在热数据区域的幽灵缓存栈MRU端，然后将数据存入到潜在热数据的实际缓存栈的LRU端。