CN109189739B - 缓存空间回收方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提出一种缓存空间回收方法和装置，涉及计算机领域。其中的方法包括：在每个检测周期到达后，检测缓存空间使用量；判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值；在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值。通过周期性的对缓存空间进行较大幅度地清理和回收，可以减少缓存空间回收次数，并且，该缓存空间回收过程根据缓存空间自身的使用情况进行使得其独立于缓存申请处理过程，因此，缓存空间回收操作不会阻塞缓存申请处理过程，可以提高缓存申请的处理效率，从而提高缓存性能。

Description

缓存空间回收方法和装置
技术领域
本公开涉及计算机领域，特别涉及一种缓存空间回收方法和装置。
背景技术
Alluxio是一个高容错的分布式文件系统，允许文件以内存的速度在集群框架中进行可靠的共享。它是架构在底层分布式文件系统和上层分布式计算框架之间的一个中间件，主要职责是以文件形式在内存或其它存储介质中提供数据的存取服务。
Alluxio作为一个缓存系统，当缓存空间不足时，需要一定的策略回收缓存空间。Alluxio目前采用的缓存空间回收方案为：Alluxio的从节点(worker)接收到缓存申请请求，判断缓存空间的可用容量相对于请求的缓存容量是否足够，如果不够，按照请求的缓存容量释放和回收足够的缓存空间，然后再按照请求的缓存容量分配缓存，在分配的缓存中创建数据块并缓存数据。
发明内容
发明人发现，相关技术采用的是缓存申请处理与缓存空间回收同步的缓存空间回收方案，在缓存空间不足的情况下，由于需要先回收缓存空间再分配缓存，影响缓存申请的处理效率，此外，由于一次回收的缓存空间是按照请求的缓存容量确定的，后续的多个缓存申请也可能面临缓存空间不足的问题，从而频繁引发缓存空间回收流程，严重影响缓存性能。
本公开提出一种缓存申请处理与缓存空间回收异步的缓存空间回收方案，可以提高缓存申请的处理效率，减少缓存空间回收次数，从而提高缓存性能。
本公开的一些实施例提出一种缓存空间回收方法，包括：
在每个检测周期到达后，检测缓存空间使用量；
判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值；
在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值。
在一些实施例中，所述缓存空间包括多个缓存层，每个缓存层配置有相应的第一阈值和第二阈值，针对每个缓存层分别执行前述的缓存空间回收方法，其中，不同缓存层的第一阈值和第二阈值被配置为相同或不同。
在一些实施例中，不同缓存层的读写速度不同，按照缓存层的读写速度由快到慢的顺序，针对每个缓存层分别执行前述的缓存空间回收方法。
在一些实施例中，清理缓存空间包括：在当前缓存层使用量达到预设的第一阈值的情况下，按照最近最少使用原则确定待清理的数据块，直至使当前缓存层使用量能够达到预设的第二阈值；如果当前缓存层是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从所述缓存空间移除；如果当前缓存层不是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从当前缓存层移动到读写速度比当前缓存层更慢的缓存层或读写速度最慢的缓存层。
在一些实施例中，第一线程，被配置为执行前述任一项的缓存空间回收方法；第二线程，被配置为响应于缓存申请请求，判断缓存空间的可用容量相对于请求的缓存容量是否足够，如果不够，按照请求的缓存容量清理缓存空间；其中，第一线程和第二线程被配置为并行工作。
本公开的一些实施例提出一种缓存空间回收装置，包括：
检测模块，被配置为在每个检测周期到达后，检测缓存空间使用量；
判断模块，被配置为判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值；
回收模块，被配置为在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值。
在一些实施例中，所述缓存空间包括多个缓存层，每个缓存层配置有相应的第一阈值和第二阈值，检测模块、判断模块和回收模块均被配置为针对每个缓存层执行相应的功能，其中，不同缓存层的第一阈值和第二阈值被配置为相同或不同。
在一些实施例中，不同缓存层的读写速度不同，检测模块、判断模块和回收模块均被配置为按照缓存层的读写速度由快到慢的顺序，针对每个缓存层执行相应的功能。
在一些实施例中，回收模块，被配置为：
在当前缓存层使用量达到预设的第一阈值的情况下，按照最近最少使用原则确定待清理的数据块，直至使当前缓存层使用量能够达到预设的第二阈值；
如果当前缓存层是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从所述缓存空间移除；
如果当前缓存层不是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从当前缓存层移动到读写速度比当前缓存层更慢的缓存层或读写速度最慢的缓存层。
在一些实施例中，该装置还包括：
请求处理模块，被配置为响应于缓存申请请求，判断缓存空间的可用容量相对于请求的缓存容量是否足够，如果不够，按照请求的缓存容量清理缓存空间；
其中，检测模块、判断模块和回收模块属于第一线程，请求处理模块属于第二线程，其中，第一线程和第二线程被配置为并行工作。
本公开的一些实施例提出一种缓存空间回收装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行前述任意一个实施例的缓存空间回收方法。
本公开的一些实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任意一个实施例的缓存空间回收方法。
通过周期性的对缓存空间进行较大幅度地清理和回收，可以减少缓存空间回收次数，并且，该缓存空间回收过程根据缓存空间自身的使用情况进行使得其独立于缓存申请处理过程，因此，缓存空间回收操作不会阻塞缓存申请处理过程，可以提高缓存申请的处理效率，从而提高缓存性能。
附图说明
下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本公开一些实施例的缓存空间回收方法的流程示意图。
图2为根据本公开一些实施例的具有多个缓存层的缓存空间回收方法的流程示意图。
图3为根据本公开一些实施例的缓存空间回收过程与缓存申请处理过程的流程示意图。
图4和图5分别为根据本公开一些实施例的缓存空间回收装置的示意图。
图6为根据本公开一些实施例的缓存空间回收装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为根据本公开一些实施例的缓存空间回收方法的流程示意图。
如图1所示，该实施例的方法包括：
在步骤110，预设检测周期，在每个检测周期到达后，检测缓存空间使用量。
在步骤120，判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值。
其中，第一阈值是缓存空间使用量的高水位阈值，例如，将90％缓存空间总量对应的值作为第一阈值。
在步骤130，在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值。
其中，第二阈值是缓存空间使用量的低水位阈值，例如，将70％缓存空间总量对应的值作为第二阈值。
第一阈值与第二阈值的差值部分是被清除出来的缓存空间，从而较大幅度地清理和回收缓存空间。按照这种方法回收的缓存容量远大于根据缓存申请请求回收的缓存容量。以100G的缓存空间为例，假设第一阈值和第二阈值分别是90％和70％，则一次清除过程会回收20G的缓存空间，而根据缓存申请请求回收的缓存容量通常是MB级别。
其中，清理缓存空间是一个释放缓存空间的过程，通过清理缓存空间使得缓存空间被释放出来，释放出来的缓存空间可以继续缓存数据。清理缓存空间例如可以按照最近最少使用(Least recently used，LRU)原则，统计最近一段时间内最少使用的数据块，将这些数据块从缓存空间清除出来。
通过周期性的对缓存空间进行较大幅度地清理和回收，可以减少缓存空间回收次数，并且，该缓存空间回收过程根据缓存空间自身的使用情况进行使得其独立于缓存申请处理过程，因此，缓存空间回收操作不会阻塞缓存申请处理过程，可以提高缓存申请的处理效率，从而提高缓存性能。
上述缓存空间回收方法同样适用于具有多个层次的缓存空间。这些层次称为缓存层。通常可以按照读写速度的不同来划分缓存层。例如，缓存空间划分为内存层，固态硬盘(Solid State Drive)层和传统的硬盘驱动器(Hard Disk Drive)层。其中，内存层的读写速度比固态硬盘层的读写速度快，固态硬盘层的读写速度比硬盘驱动器层的读写速度快。
图2为根据本公开一些实施例的具有多个缓存层的缓存空间回收方法的流程示意图。
如图2所示，该实施例的方法包括：
在步骤200，预设检测周期，在每个检测周期到达后，针对每个缓存层执行步骤210～230的操作。
其中，每个缓存层配置有相应的第一阈值和第二阈值。不同缓存层的第一阈值和第二阈值可以相同或不同。例如，各缓存层的第一阈值和第二阈值均为90％和70％，或者，一个缓存层的第一阈值和第二阈值为90％和70％，另一个缓存层的第一阈值和第二阈值为90％和65％。但不限于所举示例。
在一些实施例中，可以按照缓存层的读写速度由快到慢的顺序，针对每个缓存层分别执行步骤210～230的操作。例如，首先针对内存层执行前述的缓存清理操作，然后对固态硬盘层执行前述的缓存清理操作，最后对硬盘驱动器层执行前述的缓存清理操作。
在步骤210，检测缓存层使用量。
在步骤220，判断缓存层使用量是否达到预设的第一阈值。
在步骤230，在缓存层使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存层，直至缓存层使用量达到预设的第二阈值。
当缓存空间有多个缓存层时，可以采用以下方法清理缓存空间。即，在当前缓存层使用量达到预设的第一阈值的情况下，按照最近最少使用原则确定待清理的数据块，直至使当前缓存层使用量能够达到预设的第二阈值；如果当前缓存层是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从缓存空间移除；如果当前缓存层不是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从当前缓存层移动到读写速度比当前缓存层更慢的缓存层，或者，将待清理的数据块从当前缓存层移动到读写速度最慢的缓存层。
此外，根据前面的描述，缓存空间回收过程根据缓存空间自身的使用情况进行缓存空间回收，缓存空间回收过程与缓存申请处理过程是各自独立进行的。结合下面的实施例描述缓存空间回收过程与缓存申请处理过程。
图3为根据本公开一些实施例的缓存空间回收过程与缓存申请处理过程的流程示意图。
如图3所示，该实施例的方法包括：
设置第一线程和第二线程，第一线程和第二线程被配置为并行工作，第一线程执行步骤310～330，第二线程执行步340～360。
在步骤310，预设检测周期，在每个检测周期到达后，第一线程检测缓存空间使用量。
在步骤320，第一线程判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值。
在步骤330，第一线程在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值。
此外，步骤310～330例如也可以替换为具有多个缓存层的缓存空间回收方法中的步骤200～230。
在步骤340，第二线程响应于客户端的缓存申请请求，判断缓存空间的可用容量相对于请求的缓存容量是否足够。
在步骤350，如果不够，按照请求的缓存容量清理缓存空间。例如，如果请求100MB的缓存容量，可以清理并回收100MB的缓存空间。
在步骤360，如果足够，按照请求的缓存容量分配缓存，在分配的缓存中创建数据块并缓存数据。
可见，缓存空间回收过程与缓存申请处理过程各自独立进行，缓存空间回收操作不会阻塞缓存申请处理过程，可以提高缓存申请的处理效率，从而提高缓存性能。
Alluxio文件系统可以使用本公开的缓存空间回收方案。Alluxio文件系统是主从式架构，包括主节点(Master)和多个从节点(Worker)。主节点负责存储文件系统的元数据，即文件的属性信息，例如文件的大小、权限、属组，存储块信息等与文件内容无关的信息。从节点负责基于存储空间存储文件的块内容。图1～3所示实施例可以由从节点执行。
例如，在从节点上设置空间预留器，空间预留器启动时会被初始化，初始化时根据预先配置的缓存空间的存储总量、高水位百分比和低水位百分比计算缓存空间的第一阈值和第二阈值(或者，根据预先配置的缓存层的存储总量、高水位百分比和低水位百分比计算缓存层的第一阈值和第二阈值)。然后，空间预留器执行图1～2所示实施例的方法，以及图3所示实施例中的第一进程执行的方法。
图4和图5为根据本公开一些实施例的缓存空间回收装置的示意图。在Alluxio文件系统，该装置可以设置在从节点中。
如图4所示，该实施例的装置包括：
检测模块410，被配置为在每个检测周期到达后，检测缓存空间使用量。
判断模块420，被配置为判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值。
回收模块430，被配置为在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值。
在一些实施例中，缓存空间包括多个缓存层，每个缓存层配置有相应的第一阈值和第二阈值。检测模块410、判断模块420和回收模块430均被配置为针对每个缓存层执行相应的功能，其中，不同缓存层的第一阈值和第二阈值被配置为相同或不同。
在一些实施例中，不同缓存层的读写速度不同，检测模块410、判断模块420和回收模块430均被配置为按照缓存层的读写速度由快到慢的顺序，针对每个缓存层执行相应的功能。
在一些实施例中，回收模块430，被配置为：在当前缓存层使用量达到预设的第一阈值的情况下，按照最近最少使用原则确定待清理的数据块，直至使当前缓存层使用量能够达到预设的第二阈值；如果当前缓存层是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从缓存空间移除；如果当前缓存层不是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从当前缓存层移动到读写速度比当前缓存层更慢的缓存层或读写速度最慢的缓存层。
如图5所示，该实施例的装置还包括：请求处理模块440，被配置为响应于缓存申请请求，判断缓存空间的可用容量相对于请求的缓存容量是否足够，如果不够，按照请求的缓存容量清理缓存空间。
其中，检测模块410、判断模块420和回收模块430属于第一线程，请求处理模块440属于第二线程。其中，第一线程和第二线程被配置为并行工作。
图6为根据本公开一些实施例的缓存空间回收装置的示意图。如图6所示，该实施例的装置600包括：存储器610以及耦接至该存储器610的处理器620，处理器620被配置为基于存储在存储器610中的指令，执行前述任意一个实施例的缓存空间回收方法。
其中，存储器610例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。
装置600还可以包括输入输出接口630、网络接口640、存储接口650等。这些接口630，640，650以及存储器610和处理器620之间例如可以通过总线660连接。其中，输入输出接口630为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。网络接口640为各种联网设备提供连接接口。存储接口650为SD卡、U盘等外置存储设备提供连接接口。
本公开的一些实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任意一个实施例的缓存空间回收方法。
本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开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，本公开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非瞬时性存储介质(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。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。应理解为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。
以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种缓存空间回收方法，包括：
在每个检测周期到达后，检测缓存空间使用量；
判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值；
在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值；
其中，清理缓存空间包括：
所述缓存空间包括多个缓存层，在当前缓存层使用量达到预设的第一阈值的情况下，按照最近最少使用原则确定待清理的数据块，直至使当前缓存层使用量能够达到预设的第二阈值；
如果当前缓存层是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从所述缓存空间移除；
如果当前缓存层不是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从当前缓存层移动到读写速度比当前缓存层更慢的缓存层或读写速度最慢的缓存层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述缓存空间包括多个缓存层，每个缓存层配置有相应的第一阈值和第二阈值，针对每个缓存层分别执行权利要求1所述的缓存空间回收方法，
其中，不同缓存层的第一阈值和第二阈值被配置为相同或不同。
3.如权利要求2所述的方法，其中，不同缓存层的读写速度不同，
按照缓存层的读写速度由快到慢的顺序，针对每个缓存层分别执行权利要求1所述的缓存空间回收方法。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其中，
第一线程，被配置为执行权利要求1-3任一项所述的缓存空间回收方法；
第二线程，被配置为响应于缓存申请请求，判断缓存空间的可用容量相对于请求的缓存容量是否足够，如果不够，按照请求的缓存容量清理缓存空间；
其中，第一线程和第二线程被配置为并行工作。
5.一种缓存空间回收装置，包括：
检测模块，被配置为在每个检测周期到达后，检测缓存空间使用量；
判断模块，被配置为判断缓存空间使用量是否达到预设的第一阈值；
回收模块，被配置为在缓存空间使用量达到预设的第一阈值的情况下，清理缓存空间，直至缓存空间使用量达到预设的第二阈值；
其中，所述回收模块，被配置为：
所述缓存空间包括多个缓存层，在当前缓存层使用量达到预设的第一阈值的情况下，按照最近最少使用原则确定待清理的数据块，直至使当前缓存层使用量能够达到预设的第二阈值；
如果当前缓存层是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从所述缓存空间移除；
如果当前缓存层不是读写速度最慢的缓存层，将待清理的数据块从当前缓存层移动到读写速度比当前缓存层更慢的缓存层或读写速度最慢的缓存层。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述缓存空间包括多个缓存层，每个缓存层配置有相应的第一阈值和第二阈值，
检测模块、判断模块和回收模块均被配置为针对每个缓存层执行相应的功能，
其中，不同缓存层的第一阈值和第二阈值被配置为相同或不同。
7.如权利要求5所述的装置，其中，不同缓存层的读写速度不同，
检测模块、判断模块和回收模块均被配置为按照缓存层的读写速度由快到慢的顺序，针对每个缓存层执行相应的功能。
8.如权利要求5-7任一项所述的装置，还包括：
请求处理模块，被配置为响应于缓存申请请求，判断缓存空间的可用容量相对于请求的缓存容量是否足够，如果不够，按照请求的缓存容量清理缓存空间；
其中，检测模块、判断模块和回收模块属于第一线程，请求处理模块属于第二线程，其中，第一线程和第二线程被配置为并行工作。
9.一种缓存空间回收装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1-4中任一项所述的缓存空间回收方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的缓存空间回收方法。
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