CN108351873B - 一种缓存管理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种缓存管理方法和装置，通过维护一个固定大小的记录项空间，选择性地淘汰陈旧的记录项，从而解决过时记录项过多浪费存储资源的问题。该方法为：确定记录项空间的第一可用空间；在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据。

Description

一种缓存管理方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种缓存管理方法和装置。
背景技术
随着智能手机、平板等移动设备性能的不断提高，越来越多的用户选择通过移动设备来随时随地的访问网络。其中，通过移动设备来观看在线视频的人数也在不断增加，视频数据已经成为了移动网络流量的主力。据估计，全球的移动数据量每年增长92％，其中2/3以上的数据为视频数据。
移动数据量的不断增长，给互联网带来了极大的数据传输压力，并导致了网络拥塞、服务器过载、用户请求响应时间过长和网络服务质量下降等一系列问题。为了应对这一挑战，内容分发网络(英文：Content Delivery Network，简称：CDN)技术应运而生。在传统网络当中，用户的请求需要到达OTT(英文：Over The Top)部署的中心服务器才可以得到响应，如图1A所示。而在CDN中，用户的请求可以在网络“边缘”的CDN缓存服务器处得到响应，如图1B所示。这样，用户的请求和用户请求的内容数据都可以不通过中心服务器，从而极大的缓解了中心服务器的压力。
但是在移动网络当中，因为用户请求的内容数据从CDN中的CDN缓存服务器获得后，仍然需要经过运营商的核心网络(英文：Core Network，简称：CN)和无线接入网(英文：Radio Access Network，简称：RAN)，才能到达用户设备(英文：User Equipment，简称：UE)，如图2所示。这样给运营商的CN和RAN带来了很大的流量压力，大量并发的请求在有限的网络容量下，极易导致网络拥塞，显著增加网络延迟。
为了减轻CN和RAN的流量压力，可以在基站中缓存一些内容数据，当基站本地缓存有用户请求的内容数据时，就直接返回给用户。传统的缓存管理方法在管理基站缓存的内容数据时，一般会将基站的缓存空间分成两部分，如图3所示，一部分为记录项空间，用于存放记录项，记录项用于描述内容数据的访问信息，如最近一次的访问时间、总的访问次数等；另一部分为数据缓存空间，用于存放缓存的内容数据。记录项空间和数据缓存空间的总大小是固定的，但各自的大小却是不固定的，在增加新的记录项时，需要扩大记录项空间，相应的需要减小数据缓存空间。
当针对某一内容数据的访问请求到达基站后，基站首先确定该被请求访问的内容数据在基站的记录项空间中是否存在对应的记录项，若是，则更新其记录项；否则，便在记录项空间中为该被请求访问的内容数据新增记录项。然后，基站确定该被请求访问的内容数据在基站的数据缓存空间是否存在，若是，则直接将数据缓存空间中缓存的内容数据返回给请求者；否则，便向基站的上一级发出内容数据请求，如图2中的公用数据网网关(英文：Public Data Network GateWay，简称：PGW)，以及将从上一级接收的内容数据发送给请求者。
由于记录项空间中的记录项可以用于追踪和记录内容数据的访问概率，因此现有的缓存管理方法即使在删除缓存的某个内容数据时仍会保留该内容数据对应的记录项，这会导致积累许多过时的记录项，从而浪费基站有限的存储资源。
发明内容
本发明实施例提供了一种缓存管理方法和装置，用以解决过时记录项过多浪费存储资源的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种缓存管理方法，包括：
确定记录项空间的第一可用空间；
在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；
其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，确定记录项空问的第一可用空间之前，还包括：
接收第一设备的访问请求；
确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项；
所述设定条件为能创建至少一条记录项，则在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项之后，还包括：
在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，确定记录项空间的第一可用空间之前，还包括：
接收第一设备的访问请求；
确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项；
在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；
所述设定条件为能创建至少一条记录项。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项之前，还包括：
确定所述记录项空间的第二可用空间；
确定所述第二可用空间满足设定条件。
结合第一方面和第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率排在后n位的记录项。
结合第一方面和第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率最小的记录项。
结合第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述数据缓存空间中存储的内容数据是长度为固定值的音视频段；
所述方法还包括：
如果所述访问请求所请求的音视频段未被存储在所述数据缓存空间中、且所述访问请求所请求的音视频段的占用空间大于所述数据缓存空间的可用空间、且所述访问请求所请求的音视频段的访问概率大于存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段的访问概率，则向第二设备请求所述访问请求所请求的音视频段，以及使用所述第二设备返回的音视频段替换存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段。
结合第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述方法还包括：
若所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中存在对应的记录项，则更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述记录项包括以下字段：
上次访问时间，平均访问间隔和访问次数；所述平均访问间隔用于表征访问概率；
更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项，包括：
根据所述访问请求包含的访问时间和设置的遗忘因子，更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项中包括的字段；
其中，所述遗忘因子根据设备发起访问请求的时变性定时或不定时地进行更新；
所述设备发起访问请求的时变性，满足下述条件：
Figure GPA0000240844830000061
或
Figure GPA0000240844830000062
其中，ΔP表示设备发起访问请求的时变性，Pt(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t时刻被请求的概率，Pt-δ(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t-δ时刻被请求的概率，M表示所述记录项空间中包括的记录项的总数量，N表示所述记录项空间中访问概率排在前N位的记录项的总数量。
结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，更新后的遗忘因子满足下述条件：
a′＝updaterate×a+(1-updaterate)×ΔP；
其中，a′表示更新后的遗忘因子，a表示更新前的遗忘因子，updaterate表示预设参数，0＜updaterate＜1。
结合第一方面和第一方面的第一种至第九种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第十种可能的实现方式中，所述记录项空间的大小根据设定参数RECORDLIMIT设置；
所述设定参数RECORDLIMIT用于表征所述记录项空间存储的记录项的最大数量与所述数据缓存空间存储的内容数据的最大数量的比值；所述设定参数RECORDLIMIT大于1。
结合第一方面和第一方面的第一种至第十种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，所述记录项空间中的记录项以最小堆的结构方式存储，所述最小堆的根节点为所述记录项空间中访问概率最小的记录项。
第二方面，本发明实施例提供了一种缓存管理装置，包括：
处理模块，用于确定记录项空间的第一可用空间；在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
接收模块，用于在所述处理模块确定记录项空间的第一可用空间之前，接收第一设备的访问请求；
所述处理模块还用于，如果确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项，则在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项之后，在所述记录项空间中创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；所述设定条件为能创建至少一条记录项。
结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述装置还包括：
接收模块，用于在所述处理模块确定记录项空间的第一可用空间之前，接收第一设备的访问请求；
所述处理模块还用于，如果确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项，则在确定记录项空间的第一可用空间之前，在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；所述设定条件为能创建至少一条记录项。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述处理模块还用于：
在所述记录项空间中创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项之前，确定所述记录项空间的第二可用空间；确定所述第二可用空间满足设定条件。
结合第二方面和第二方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率排在后n位的记录项。
结合第二方面和第二方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率最小的记录项。
结合第二方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第二方面的第六种可能的实现方式中，所述数据缓存空间中存储的内容数据是长度为固定值的音视频段；
所述处理模块还用于：
如果所述访问请求所请求的音视频段未被存储在所述数据缓存空间中、且所述访问请求所请求的音视频段的占用空间大于所述数据缓存空间的可用空间、且所述访问请求所请求的音视频段的访问概率大于存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段的访问概率，则向第二设备请求所述访问请求所请求的音视频段，以及使用所述第二设备返回的音视频段替换存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段。
结合第二方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第二方面的第七种可能的实现方式中，所述处理模块还用于：
若所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中存在对应的记录项，则更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
结合第二方面的第七种可能的实现方式，在第二方面的第八种可能的实现方式中，所述记录项包括以下字段：
上次访问时间，平均访问间隔和访问次数；所述平均访问间隔用于表征访问概率；
所述处理模块在更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项时，具体用于：
根据所述访问请求包含的访问时间和设置的遗忘因子，更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项中包括的字段；
其中，所述遗忘因子根据设备发起访问请求的时变性定时或不定时地进行更新；
所述设备发起访问请求的时变性，满足下述条件：
Figure GPA0000240844830000091
或
Figure GPA0000240844830000092
其中，ΔP表示设备发起访问请求的时变性，Pt(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t时刻被请求的概率，Pt-δ(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t-δ时刻被请求的概率，M表示所述记录项空间中包括的记录项的总数量，N表示所述记录项空间中访问概率排在前N位的记录项的总数量。
结合第二方面的第八种可能的实现方式，在第二方面的第九种可能的实现方式中，更新后的遗忘因子满足下述条件：
a′＝updaterate×a+(1-updaterate)×ΔP；
其中，a′表示更新后的遗忘因子，a表示更新前的遗忘因子，updaterate表示预设参数，0＜updaterate＜1。
结合第二方面和第二方面的第一种至第九种可能的实现方式中的任意一种，在第二方面的第十种可能的实现方式中，所述记录项空间的大小根据设定参数RECORDLIMIT设置；
所述设定参数RECORDLIMIT用于表征所述记录项空间存储的记录项的最大数量与所述数据缓存空间存储的内容数据的最大数量的比值；所述设定参数RECORDLIMIT大于1。
结合第二方面和第二方面的第一种至第十种可能的实现方式中的任意一种，在第二方面的第十一种可能的实现方式中，所述记录项空间中的记录项以最小堆的结构方式存储，所述最小堆的根节点为所述记录项空间中访问概率最小的记录项。
利用本发明实施例提供的方案，通过维护一个固定大小的记录项空间，选择性地淘汰陈旧的记录项，从而解决过时记录项过多浪费存储资源的问题。
附图说明
图1A为现有技术下传统网络中的用户响应示意图；
图1B为现有技术下CDN中的用户响应示意图；
图2为现有技术下基于移动网络的CDN中的用户响应示意图；
图3为现有技术下记录项空间和数据缓存空间的分配示意图；
图4为本发明实施例提供的一种缓存管理方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种内容数据的访问概率分布的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种视频段标识的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基站管理视频缓存的详细流程图；
图8为本发明实施例提供的一种缓存管理装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种缓存管理设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种缓存管理方法和装置，通过维护一个固定大小的记录项空间，选择性地淘汰陈旧的记录项，从而解决过时记录项过多浪费存储资源的问题。
应理解，本发明实施例的技术方案可以应用于基站、PGW等存储资源有限的设备，也可以应用于CDN缓存服务器等存储资源丰富的设备。
还应理解，本发明实施例的技术方案可以用于管理各种类型的文件缓存，如音频文件、视频文件、图像文件等。
图4所示为本发明实施例提供的缓存管理方法的实现流程图，包括：
步骤401：确定记录项空间的第一可用空间。
所述可用空间为当前记录项空间内除已被存储的记录项占用的空间之外剩余的空间。
本发明实施例中所述记录项空间的总大小是固定的，即所述记录项空间能够存储的记录项的总数量是固定的，不会随着出现的内容数据的增加而不断增加。
可选的，在系统初始化阶段，可以根据设定参数RECORDLIMIT来设置记录项空间的大小，所述设定参数RECORDLIMIT用于表征所述记录项空间存储的记录项的最大数量与数据缓存空间存储的内容数据的最大数量的比值；所述设定参数RECORDLIMIT大于1。
例如，某基站的规格为最多存储10000个视频，若设定参数RECORDLIMIT为2，考虑到每条记录项占用的空间大小一般不超过1千字节(单位：KB)，因此可以将记录项空间的大小设置为20000KB。
步骤402：在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据。
可选的，所述设定条件可以为能创建至少一条记录项；所谓不满足设定条件即表征当前记录项空间的可用空间不足以创建至少一条记录项。
可选的，所述删除的至少一条记录项可以为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率排在后n位的记录项；或者，所述删除的至少一条记录项可以为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率最小的记录项。
本发明实施例可以通过仅存储一部分记录项，达到与存储了全部记录项相差无几的效果，其中的原因在于设备行为的集中特性。实际应用中，设备发起的访问请求中大部分都集中在一小部分特定的内容数据上，而其余大部分的内容数据的访问次数非常少。对于存储资源有限的系统而言，一般只能在数据缓存空间中存储访问概率最高的一部分内容数据。对于那些访问概率较低的内容数据，即使系统存储了这些内容数据的记录项，这些内容数据也不太可能被缓存在系统中。因此，本发明实施例选择丢弃这部分访问概率较低的内容数据的记录项，选择保留访问概率较高的内容数据的记录项，这样既能节省存储资源，又能不明显影响追踪内容数据的访问概率。
本发明实施例中，图4所示的方法流程，可以有以下两种触发条件：
条件一：按照设定周期；
条件二：不定时，如接收到第一设备的访问请求，以及确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项时。
在上述条件2的情况下，在删除至少一条记录项之前或之后，还需要在所述记录项空间中创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项，具体可以有但不限于以下三种执行顺序：
顺序一：首先接收第一设备的访问请求，并在确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项时，执行步骤401和步骤402，然后在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
顺序二：首先接收第一设备的访问请求，并在确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项时，在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项，然后执行步骤401和步骤402。
顺序三：首先接收第一设备的访问请求，并在确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项时，确定所述记录项的第二可用空间，在确定所述第二可用空间满足设定条件时，在所述记录项空间中创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项，然后执行步骤401和步骤402。
可选的，若所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中存在对应的记录项，则需要更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
指数加权移动平均值(英文：Exponentially Weighted Moving-Average，简称：EWMA)算法为现有的一种更新记录项的方法。
在EWMA算法中，一条记录项包括以下3个字段：上次访问时间，平均访问间隔和访问次数；其中，所述上次访问时间和平均访问间隔一般为双精度浮点型(英文：double)变量，所述访问次数一般为整型(英文：int)变量；所述平均访问间隔用于表征访问概率。
当接收到一个访问请求时，该访问请求一般携带了访问时间和所请求的内容数据的标识，EWMA算法根据所述访问请求所请求的内容数据的标识在记录项空间中查找到相同标识的记录项，然后根据所述访问请求包含的访问时间和设置的遗忘因子，更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项中包括的字段；
其中，更新后的平均访问时间间隔满足下述条件：
T′＝(1-a)×T+a×(tcur-tlast) 公式(1)
更新后的上次访问时间满足下述条件：
tlast′＝tcur 公式(2)
更新后的访问次数满足下述条件：
Count′＝Count+1 公式(3)
其中，T′表示更新后的平均访问间隔，T表示更新前的平均访问间隔，a表示遗忘因子，tcur表示所述访问请求携带的访问时间，tlast表示更新前的上次访问时间，tlast′表示更新前的上次访问时间，Count′表示更新后的访问次数，Count表示更新前的访问次数。
现有EWMA算法中的遗忘因子是一个介于0到1之间的数值，通过使用遗忘因子，一方面可以降低新来的访问请求对“平均访问时间间隔”这个字段的影响；另一方面，可以以一定比率降低历史访问请求在“平均访问时间间隔”这个字段中的比重，这样可以避免很久以前的访问请求对当前的访问概率造成过多影响。
将EWMA算法应用于管理系统缓存时，由于不同的系统可能面对不同的设备群体，因此不同的系统使用的遗忘因子应该采取不同的数值。而同一系统随着时间的推移，面对的设备群体的访问行为也会发生变化，其采取的遗忘因子也应该相应的变化。但由于现有EWMA算法无法预先知道设备发起访问请求的时变性大小，因此遗忘因子的设置成为一个重要问题。
而本发明实施例提出了一种自适应调整遗忘因子的方法，可以通过预测设备发起访问请求的时变性，动态地调整遗忘因子。例如，当设备发起访问请求的时变性较大时，选择较大的遗忘因子，当设备发起访问请求的时变性较小时，选择较小的遗忘因子。
如图5所示，为一种内容数据的访问概率分布的示意图，其中，横轴表示记录项空间中各记录项所对应的内容数据的访问概率的排名，例如，记录项空间中访问概率排在第1位的记录项对应的内容数据在横轴上的取值即为1；纵轴表示访问概率；曲线Pt表示t时刻记录项空间中各记录项所对应的内容数据的访问概率分布情况，曲线Pt-δ表示t-δ时刻记录项空间中各记录项所对应的内容数据的访问概率分布情况。那么从t-δ时刻到t时刻之间设备发起访问请求的变化量可以用曲线Pt和曲线Pt-δ之间的相差面积表示，如图5中的深色部分区域所示。假设记录项空间中包括的记录项的总数量为M，那么设备发起访问请求的时变性满足下述条件：
Figure GPA0000240844830000141
其中，ΔP表示设备发起访问请求的时变性，Pt(i)表示在所述记录项空间中流行度排在第i位的记录项所对应的内容数据在t时刻被请求的概率，Pt-δ(i)表示在所述记录项空间中流行度排在第i位的记录项所对应的内容数据在t-δ时刻被请求的概率。
此外，考虑到设备发起访问请求的时变性主要体现在不同时间段内设备对访问概率高的内容数据发起访问请求的变化情况，因此也可以不去累积记录项空间中每个记录项对应的内容数据的访问概率变化，而是累积记录项空间中访问概率排在前N位的记录项对应的内容数据的访问概率变化。在这种情况下，设备发起访问请求的时变性ΔP满足下述条件：
Figure GPA0000240844830000151
其中，N表示所述记录项空间中访问概率排在前N位的记录项的总数量，其余参数的定义可以参见公式(4)。
根据设备发起访问请求的时变性，定时或不定时地更新遗忘因子，更新后的遗忘因子满足下述条件：
a′＝updaterate×a+(1-updaterate)×ΔP 公式(6)
其中，a′表示更新后的遗忘因子，a表示更新前的遗忘因子，updaterate表示预设参数，0＜updaterate＜1，ΔP的取值可以参见公式(4)或公式(5)。
公式(6)可以理解为，使用一个低通滤波器对遗忘因子进行平滑，其中updaterate可以理解为滤波器参数。较佳的，updaterate可以取0.4。
需要说明的是，上述设置遗忘因子的技术手段并不依赖于本发明的技术方案，也不限定于管理缓存的场景，该技术手段可以与其它技术手段配合实施，也可以单独实施。
可选的，在接收到所述第一设备的访问请求后，如果所述访问请求所请求的内容数据在数据缓存空间存在对应的缓存，则可以直接将所述数据缓存空间中对应的缓存发送给所述第一设备。
如果所述访问请求所请求的内容数据在数据缓存空间不存在对应的缓存，则可以向第二设备请求对应的内容数据，并将所述第二设备返回的内容数据发送给所述第一设备；其中，所述第二设备可以是接收到访问请求的设备的同一级设备或上一级设备，例如，以接收到访问请求的设备是基站为例，此时所述第二设备可以是同一级的其他基站，也可以是上一级的PGW或CDN缓存服务器。
另外，在接收到所述第二设备返回的内容数据之后，如果所述数据缓存空间的可用空间不大于所述第二设备返回的内容数据的占用空间，则可以直接在所述数据缓存空间中存储该内容数据；如果所述数据缓存空间的可用空间小于所述第二设备返回的内容数据的占用空间，则需进一步判断该内容数据的访问概率是否大于所述数据缓存空间中访问概率最小的内容数据的访问概率。在确定所述第二设备返回的内容数据的访问概率不大于所述访问概率最小的内容数据的访问概率时，可以不存储所述第二设备返回的内容数据。而在确定所述第二设备返回的内容数据的访问概率大于所述访问概率最小的内容数据的访问概率时，可以删除所述访问概率最小的内容数据，如果删除之后的数据缓存空间足以存储所述第二设备返回的内容数据，便存储所述第二设备返回的内容数据，否则便重复上述操作，继续比较所述数据缓存空间当前访问概率最小的内容数据与所述第二设备返回的内容数据的访问概率大小，直至在所述数据缓存空间中删除足够多的空间用于存储所述第二设备返回的内容数据，或在确定所述数据缓存空间内当前访问概率最小的内容数据的访问概率大于所述第二设备返回的内容数据时，放弃存储所述第二设备返回的内容数据。
显然，上述确定是否缓存所述第二设备返回的内容数据的过程有可能浪费较多的计算资源。为了解决这个问题，并且考虑到访问请求所请求的内容数据一般为音视频，本发明实施例提出了对音视频进行等长分段的方法。
在本方法中，CDN缓存服务器负责对每个音视频进行等长分段。每个音视频段的长度为固定值，不同的音视频将被分成不同份数的音视频段。比如：设定每个音视频段的固定长度为1分钟，那么10分钟长度的视频就被分成10份，而14分钟长度的视频就会被分成14份。CDN缓存服务器还负责对这些分段之后的音视频进行标记。每个音视频段有一个唯一的标识。标识包括两部分，一部分为音视频号，另一部分为这个音视频段在音视频当中的分段号。比如：1号视频长度为10分钟，被分成10个视频段，那么第5个视频段的标识为：{1∶5}，如图6所示。
基站负责将用户设备发送的访问请求转换为对音视频段的请求。比如，某个用户设备请求1号视频的第5分钟至第6分钟，预先设定的每个音视频段的固定长度为1分钟，则基站可以将该用户设备的请求转换为对{1∶5}和{1∶6}的音视频段标识的请求。
这样，基站之间，基站和PGW、CDN缓存服务器之间，可以通过音视频段标识相互交流，从而确定需要处理的音视频段。
这样，如果所述访问请求所请求的音视频段未被存储在所述数据缓存空间中、且所述访问请求所请求的音视频段的占用空间大于所述数据缓存空间的可用空间、且所述访问请求所请求的音视频段的访问概率大于存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段的访问概率，那么可以向第二设备请求所述访问请求所请求的音视频段，以及使用所述第二设备返回的音视频段替换存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段。
由于所有的音视频段的长度都是相同的，因此在进行缓存替换时，可以一对一的替换，即剔除一个音视频段就可以缓存一个音视频段，这样有利于减轻计算压力。并且由于实际应用中同一个音视频内部不同部分的访问概率是不一样的，如用户对某个视频的快进或快退操作，可能造成一个访问概率较高的视频内部的某个时间段的访问概率却比较低，显然这部分访问概率较小的视频段没必要缓存在系统中，但如果不进行音视频分段则需要缓存完整的视频，因此采用音视频分段，可以避免访问概率较小的音视频段占用系统的存储资源。
可选的，本发明实施例中所述记录项空间中的记录项可以以最小堆的结构方式来存储，且所述最小堆的根节点为所述记录项空间中访问概率最小的记录项。这样在确定是否创建所述访问请求所请求的内容数据的记录项时，可以从所述最小堆的根节点开始从上往下依次取节点，如果某个节点满足对应的记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据且该记录项的访问概率小于所述访问请求所请求的音视频段的访问概率时，则将该节点对应的记录项替换为所述访问请求所请求的内容数据的记录项。
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面通过一个实施例对上述过程做进一步的说明，需要说明的是，以下实施例仅仅是本发明的一个实施例，不构成对本发明的限定。
如图7所示，基站管理视频缓存的方法流程如下：
步骤701：基站接收用户设备的访问请求。
步骤702：所述基站确定所述访问请求所请求的所有视频段的标识，并逐段进行如下处理。
步骤703：所述基站判断所述访问请求所请求的视频段在记录项空间中是否存在对应的记录项，若是，执行步骤704；否则，执行步骤705。
步骤704：所述基站更新所述访问请求所请求的视频段对应的记录项，并转到步骤708；
步骤705：所述基站判断记录项空间是否足以创建一条记录项，若是，执行步骤707，否则，执行步骤706。
步骤706：所述基站在记录项空间中存储的记录项中，查找并删除在数据缓存空间不存在对应的视频的记录项中访问概率最小的记录项。
步骤707：所述基站在记录项空间中创建与所述访问请求所请求的视频对应的记录项，并初始化该记录项包括的各个字段。
步骤708：所述基站判断所述访问请求所请求的视频段是否被存储在数据缓存空间中，若是，执行步骤714；否则，执行步骤709。
步骤709：所述基站向上层的PGW缓存服务器请求所述访问请求所请求的视频段。
步骤710：所述基站判断数据缓存空间是否足以存储所述PGW缓存服务器返回的所述访问请求所请求的视频段，若是，执行步骤713；否则，执行步骤711。
步骤711：所述基站判断所述访问请求所请求的视频段的访问概率是否大于存储在数据缓存空间中访问概率最小的视频段的访问概率，若是，执行步骤712；否则，执行步骤714。
步骤712：所述基站删除存储在数据缓存空间中访问概率最小的视频段。
步骤713：所述基站存储所述PGW缓存服务器返回的所述访问请求所请求的视频段。
步骤714：所述基站将所述访问请求所请求的视频段返回给所述用户设备。
以上，结合图4至图7详细说明了根据本发明实施例提供的缓存管理的方法，下面，结合图8和图9分别说明本发明实施例提供的缓存管理装置和缓存管理设备。
图8示出了本发明实施例提供的缓存管理装置80的示意性结构图，如图8所示，所述装置80包括：
处理模块801，用于确定记录项空间的第一可用空间；在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据。
所述装置80还包括：
接收模块802，用于在所述处理模块801确定记录项空间的第一可用空间之前，接收第一设备的访问请求。
可选的，基于所述接收模块802接收的访问请求，所述处理模块801还可以用于，如果确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项，则在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项之后，在所述记录项空间中创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；所述设定条件为能创建至少一条记录项。
或者，基于所述接收模块802接收的访问请求，所述处理模块801还可以用于：如果确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项，则在确定记录项空间的第一可用空间之前，在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；所述设定条件为能创建至少一条记录项。
或者，基于所述接收模块802接收的访问请求，所述处理模块801还可以用于：如果确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项，则在所述确定记录项空间的第一可用空间之前，确定所述记录项空间的第二可用空间；在确定所述第二可用空间满足设定条件时，在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；所述设定条件为能创建至少一条记录项。
可选的，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率排在后n位的记录项。
可选的，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率最小的记录项。
可选的，如果所述数据缓存空间中存储的内容数据是长度为固定值的音视频段；则所述处理模块801还用于：如果所述访问请求所请求的音视频段未被存储在所述数据缓存空间中、且所述访问请求所请求的音视频段的占用空间大于所述数据缓存空间的可用空间、且所述访问请求所请求的音视频段的访问概率大于存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段的访问概率，则向第二设备请求所述访问请求所请求的音视频段，以及使用所述第二设备返回的音视频段替换存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段。
可选的，所述处理模块801还用于：若所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中存在对应的记录项，则更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
可选的，所述记录项包括以下字段：上次访问时间，平均访问间隔和访问次数；所述平均访问间隔用于表征访问概率；
所述处理模块801在更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项时，具体用于：根据所述访问请求包含的访问时间和设置的遗忘因子，更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项中包括的字段；
其中，所述遗忘因子根据设备发起访问请求的时变性定时或不定时地进行更新；所述设备发起访问请求的时变性，满足下述条件：
Figure GPA0000240844830000211
或
Figure GPA0000240844830000212
其中，ΔP表示设备发起访问请求的时变性，Pt(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t时刻被请求的概率，Pt-δ(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t-δ时刻被请求的概率，M表示所述记录项空间中包括的记录项的总数量，N表示所述记录项空间中访问概率排在前N位的记录项的总数量。
可选的，更新后的遗忘因子满足下述条件：
a′＝updaterate×a+(1-updaterate)×ΔP；
其中，a′表示更新后的遗忘因子，a表示更新前的遗忘因子，updaterate表示预设参数，0＜updaterate＜1。
可选的，所述记录项空间的大小根据设定参数RECORDLIMIT设置；所述设定参数RECORDLIMIT用于表征所述记录项空间存储的记录项的最大数量与所述数据缓存空间存储的内容数据的最大数量的比值；所述设定参数RECORDLIMIT大于1。
可选的，所述记录项空间中的记录项以最小堆的结构方式存储，所述最小堆的根节点为所述记录项空间中访问概率最小的记录项。
图9示出了本发明实施例提供的缓存管理设备90的示意性结构图，如图9所示，所述设备90包括：
总线901；
与所述总线相连的处理器902；
与所述总线相连的存储器903；
与所述总线相连的收发器904。
其中，所述处理器902通过所述总线901，调用所述存储器903中存储的程序，以用于确定记录项空间的第一可用空间；在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据。
所述收发器904用于在所述处理器902的控制下，完成上述缓存管理装置80中接收模块802的功能。
所述处理器902还用于完成上述缓存管理装置80中处理模块801的功能。
应理解，在本发明实施例中，总线901除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都标为总线。
处理器902可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(简称：DSP)、专用集成电路(简称：ASIC)、现成可编程门阵列(简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者也可以是任何常规的处理器等。
存储器903可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器902提供指令和数据。存储器903的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。
收发器904可以包括发射电路、接收电路、功率控制器、解码器及天线。
综上所述，本发明实施例提供的技术方案，维持了一个不随时间增长的、固定大小的记录项空间用于存储记录项，根据记录项包含的访问概率选择性地哎陈旧的记录项，解决了过时记录项过多浪费存储资源的问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1.一种缓存管理方法，其特征在于，包括：
确定记录项空间的第一可用空间；
在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；
其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据；
其中，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率排在后n位的记录项；或者，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率最小的记录项。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定记录项空间的第一可用空间之前，还包括：
接收第一设备的访问请求；
确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项；
所述设定条件为能创建至少一条记录项，则在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项之后，还包括：
在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定记录项空间的第一可用空间之前，还包括：
接收第一设备的访问请求；
确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项；
在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；
所述设定条件为能创建至少一条记录项。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项之前，还包括：
确定所述记录项空间的第二可用空间；
确定所述第二可用空间满足设定条件。
5.如权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据缓存空间中存储的内容数据是长度为固定值的音视频段；
所述方法还包括：
如果所述访问请求所请求的音视频段未被存储在所述数据缓存空间中、且所述访问请求所请求的音视频段的占用空间大于所述数据缓存空间的可用空间、且所述访问请求所请求的音视频段的访问概率大于存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段的访问概率，则向第二设备请求所述访问请求所请求的音视频段，以及使用所述第二设备返回的音视频段替换存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段。
6.如权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中存在对应的记录项，则更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述记录项包括以下字段：
上次访问时间，平均访问间隔和访问次数；所述平均访问间隔用于表征访问概率；
更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项，包括：
根据所述访问请求包含的访问时间和设置的遗忘因子，更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项中包括的字段；
其中，所述遗忘因子根据设备发起访问请求的时变性定时或不定时地进行更新；
所述设备发起访问请求的时变性，满足下述条件：
Figure FDA0002787778000000021
或
Figure FDA0002787778000000022
其中，ΔP表示设备发起访问请求的时变性，Pt(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t时刻被请求的概率，Pt-δ(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t-δ时刻被请求的概率，M表示所述记录项空间中包括的记录项的总数量，N表示所述记录项空间中访问概率排在前N位的记录项的总数量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，更新后的遗忘因子满足下述条件：
a'＝updaterate×a+(1-updaterate)×ΔP；
其中，a'表示更新后的遗忘因子，a表示更新前的遗忘因子，updaterate表示预设参数，0＜updaterate＜1。
9.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录项空间的大小根据设定参数RECORDLIMIT设置；
所述设定参数RECORDLIMIT用于表征所述记录项空间存储的记录项的最大数量与所述数据缓存空间存储的内容数据的最大数量的比值；所述设定参数RECORDLIMIT大于1。
10.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录项空间中的记录项以最小堆的结构方式存储，所述最小堆的根节点为所述记录项空间中访问概率最小的记录项。
11.一种缓存管理装置，其特征在于，包括：
处理模块，用于确定记录项空间的第一可用空间；在确定的第一可用空间不满足设定条件时，在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项；其中，删除的至少一条记录项在数据缓存空间中不存在对应的内容数据；
其中，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率排在后n位的记录项；或者，所述删除的至少一条记录项为在所述数据缓存空间不存在对应的内容数据的至少一条记录项中访问概率最小的记录项。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
接收模块，用于在所述处理模块确定记录项空间的第一可用空间之前，接收第一设备的访问请求；
所述处理模块还用于，如果确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项，则在所述记录项空间中删除存储的至少一条记录项之后，在所述记录项空间中创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；所述设定条件为能创建至少一条记录项。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
接收模块，用于在所述处理模块确定记录项空间的第一可用空间之前，接收第一设备的访问请求；
所述处理模块还用于，如果确定所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中不存在对应的记录项，则在确定记录项空间的第一可用空间之前，在所述记录项空间中，创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项；所述设定条件为能创建至少一条记录项。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
在所述记录项空间中创建与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项之前，确定所述记录项空间的第二可用空间；确定所述第二可用空间满足设定条件。
15.如权利要求12-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述数据缓存空间中存储的内容数据是长度为固定值的音视频段；
所述处理模块还用于：
如果所述访问请求所请求的音视频段未被存储在所述数据缓存空间中、且所述访问请求所请求的音视频段的占用空间大于所述数据缓存空间的可用空间、且所述访问请求所请求的音视频段的访问概率大于存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段的访问概率，则向第二设备请求所述访问请求所请求的音视频段，以及使用所述第二设备返回的音视频段替换存储在所述数据缓存空间中访问概率最小的音视频段。
16.如权利要求12-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
若所述访问请求所请求的内容数据在记录项空间中存在对应的记录项，则更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述记录项包括以下字段：
上次访问时间，平均访问间隔和访问次数；所述平均访问间隔用于表征访问概率；
所述处理模块在更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项时，具体用于：
根据所述访问请求包含的访问时间和设置的遗忘因子，更新与所述访问请求所请求的内容数据对应的记录项中包括的字段；
其中，所述遗忘因子根据设备发起访问请求的时变性定时或不定时地进行更新；
所述设备发起访问请求的时变性，满足下述条件：
Figure FDA0002787778000000031
或
Figure FDA0002787778000000032
其中，ΔP表示设备发起访问请求的时变性，Pt(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t时刻被请求的概率，Pt-δ(i)表示在所述记录项空间中访问概率排在第i位的记录项所对应的内容数据在t-δ时刻被请求的概率，M表示所述记录项空间中包括的记录项的总数量，N表示所述记录项空间中访问概率排在前N位的记录项的总数量。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，更新后的遗忘因子满足下述条件：
a'＝updaterate×a+(1-updaterate)×ΔP；
其中，a'表示更新后的遗忘因子，a表示更新前的遗忘因子，updaterate表示预设参数，0＜updaterate＜1。
19.如权利要求11-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述记录项空间的大小根据设定参数RECORDLIMIT设置；
所述设定参数RECORDLIMIT用于表征所述记录项空间存储的记录项的最大数量与所述数据缓存空间存储的内容数据的最大数量的比值；所述设定参数RECORDLIMIT大于1。
20.如权利要求11-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述记录项空间中的记录项以最小堆的结构方式存储，所述最小堆的根节点为所述记录项空间中访问概率最小的记录项。
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