[發明專利]一種基于分類預測的緩存選擇方法和系統

有效

• 申請號: 201710397520.4
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107247675B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 王樺;周可;王兆春;易鋅波
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F12/0866
• 分類號: G06F12/0866;G06F12/123
• 代理公司: 武漢臻誠專利代理事務所(普通合伙) 42233
• 代理人: 宋業斌

本發明公開了一種基于分類預測的緩存選擇策略。該策略利用樸素貝葉斯分類思想將對象分為兩類:“只訪問一次”和“訪問大于一次”。避免將“只訪問一次”的對象放入緩存，并且基于樸素貝葉斯的分類時空開銷較小。在緩存過程中，通過歷史信息表對預測不準的圖片進行彌補，降低誤判概率。此外，根據緩存實時情況動態調整“只訪問一次”的預測權重，使更有效地利用緩存。本發明用于緩存替換算法之前的預判斷，可以結合任何一種緩存替換算法。在不改變緩存算法復雜度的同時提升緩存命中率，減少SSD寫入并延長SSD壽命。同時，將機器學習的思想引入緩存也給緩存算法研究提供了一種新的考慮思路。

技術領域

本發明屬于計算機數據存儲領域，更具體地，涉及一種基于分類預測的緩存選擇方法和系統。

背景技術

最近基于閃存的固態硬盤(SSD)被廣泛部署為緩存設備，以提高緩存系統性能?；陂W存的固態硬盤SSD主要是NAND閃存類型的，它的讀寫功能是基于區塊擦除和寫入來實現。相比于傳統的機械硬盤，基于閃存的固態硬盤具有更低的能耗、更快的速度、更強的抗震性、更高的穩定性等優點，因此這種類型的基于閃存的固態硬盤能應用在各種環境中。

針對固態盤的緩存管理算法在過去幾十年中得到了很好的研究，但因為其存在以下的問題，導致其不能直接被用來管理SSD：首先，傳統緩存策略在進入DRAM之前不要對數據進行過濾，允許任何數據進入SSD，這種積極的數據更新策略導致對SSD的寫入操作太多，并使其快速磨損，這最終導致企業應用使用SSD的高成本；其次，這種允許任何數據進入緩存的策略也導致了一部分熱數據被淘汰出去，這會導致緩存利用率下降。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于分類預測的緩存選擇方法和系統，其目的在于，解決現有緩存管理策略中由于對SSD盤的寫入操作太多，從而會快速磨損SSD盤并增加SSD盤的使用成本，以及由于使得一部分熱數據被淘汰而導致緩存利用率下降的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于分類預測的緩存選擇方法，包括以下步驟：

(1)接收來自用戶的訪問請求，并根據該訪問請求判斷訪問請求對應的請求對象是否已經被緩存，若已經被緩存，則使用緩存替換算法對該訪問請求對應的請求對象進行處理，并繼續接收來自用戶的下一個訪問請求，然后重復執行本步驟，否則轉入步驟(2)；

(2)從底層存儲系統讀取該請求對象的數據塊，并確定緩存中是否還有足夠的空間存儲該請求對象的數據塊，若有則使用緩存替換算法將請求對象放入緩存中，接收來自用戶的下一個訪問請求，然后返回步驟(1)，否則轉入步驟(3)；

(3)查詢請求對象是否不存在于歷史信息列表中，若是則轉入步驟(4)，否則轉入步驟(5)。

(4)根據訪問對象并使用以下公式計算分類預測函數f，判斷分類預測函數的值是否大于0，若是則將訪問對象的元數據加入歷史信息列表中，接受來自用戶的下一條訪問請求，并返回步驟(1)，否則轉入步驟(6)：

其中{a₁,a₂,...,a_m}為對象特征集合，m表示對象特征的個數，y1表示“只訪問一次”類別，y2表示“訪問大于一次”類別，P(a_j|y1)表示“只訪問一次”類別的訪問對象中對象特征為a_j的概率，P(a_j|y2)表示“訪問大于一次”類別的訪問對象中對象特征為a_j的概率，P(y1)表示“只訪問一次”類別出現的概率，P(y2)表示“訪問大于一次”類別出現的概率，且P(y1)+P(y2)＝1；

(5)將訪問對象從歷史信息列表中移除，并調整“只訪問一次”類別出現的概率P(y1)，然后轉入步驟(6)；